基于遙感的連云港市城區(qū)海岸帶土地利用變化研究

1、國(guó)家海洋局第一海洋研究所碩士學(xué)位論文基于遙感的連云港市城區(qū)海岸帶土地利用變化研究姓名劉艷芬申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士專業(yè)物理海洋學(xué)指導(dǎo)教師張杰20070601基于遙感的連云港市城區(qū)海岸帶土地利用變化研究摘要本文在國(guó)家海洋局組織實(shí)施項(xiàng)目“我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)”專項(xiàng)山東江蘇海島海岸帶衛(wèi)星遙感調(diào)查課題的支撐下面向海岸帶調(diào)查資源分布及開發(fā)利用狀況利用遙感具有大范圍、快速、同步等的優(yōu)勢(shì)開展了江蘇省連云港市城區(qū)海岸帶的土地利用變化監(jiān)測(cè)研究。論文的主要工作包括將分層分類的思想用于海島海岸帶地物分類結(jié)合地物本身的光譜特性以及地域因子、專家知識(shí)等非遙感信息基于歸一化植被指數(shù)、穗帽變換等在每一層上建立合適的判決函數(shù)逐

2、步實(shí)現(xiàn)地物的分離發(fā)展了自動(dòng)化程度較高的模型算法。建立了兩個(gè)時(shí)期各種土地利用的轉(zhuǎn)換矩陣并采用修正的土地利用動(dòng)態(tài)變化模型開展研究區(qū)域土地利用的數(shù)量變化和程度變化研究結(jié)果表明年間連云港市城區(qū)海岸帶土地利用處于發(fā)展時(shí)期土地利用變化比較劇烈其中耕地減少幅度及其面積減少量在所有土地利用類型中居首位耕地減少的流向主要是住宅交通運(yùn)輸用地。住宅交通運(yùn)輸用地增加幅度最大、面積增加最多除了耕地為其主要來(lái)源外其他土地利用類型也有不同程度的轉(zhuǎn)移。另外其他土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)換較普遍有相當(dāng)一部分的低產(chǎn)鹽田向未利用地轉(zhuǎn)化。從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面分析了影響連云港市城區(qū)海岸帶土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)一步采用主成分分析法篩選了影

3、響土地利用變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。結(jié)果表明自然條件如土壤、地形地貌等一系列穩(wěn)定的因子在較小的時(shí)問尺度和區(qū)域尺度上對(duì)區(qū)域土地利用變化影響顯弱但它們是導(dǎo)致區(qū)域土地景觀類型分布的一個(gè)重要因素人口、城市化進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素在較小的時(shí)間尺度和區(qū)域尺度上是土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。最后就本文所發(fā)展的圖像分類模型算法和土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析模型提出了需要進(jìn)一步開展的研究工作。關(guān)鍵詞土地利用衛(wèi)星遙感歸一化植被指數(shù)穗帽變換驅(qū)動(dòng)力湎印勰哪自缸原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或

4、成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名參糍日期砷年月。日學(xué)位論文使用授權(quán)說明本人完全了解國(guó)家海洋局第一海洋研究所關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定即按照本所要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本研究所有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)研究所可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文在不以贏利為目的的前提下研究所可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。保密論文在解密后遵守此規(guī)定論文作者簽名吾99和嶼導(dǎo)師簽名量日期年月口日基于遙感的連云港市城區(qū)海岸帶土地利用變化研究引言選題背景土地是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)人類

5、發(fā)展的歷史就是不斷對(duì)土地加以開發(fā)利用和對(duì)土地覆蓋進(jìn)行改造的歷史。土地具有自然屬性、經(jīng)濟(jì)屬性和社會(huì)屬性不同的學(xué)科對(duì)土地概念理解不同。自然科學(xué)家認(rèn)為土地是由氣候、土壤、巖石、植物和水文等諸要素構(gòu)成的綜合體即土地的。自然界”經(jīng)人類的作用后具有了新的特征形成土地所謂的“人為世界”陳傳康經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為土地是一項(xiàng)生產(chǎn)資料或自然經(jīng)濟(jì)復(fù)合體可以作為商品在市場(chǎng)上進(jìn)行買賣社會(huì)學(xué)家認(rèn)為土地屬于占有者可為國(guó)家、種族、集體和個(gè)人所有作為財(cái)產(chǎn)的某種類型其歸屬問題如果處理不當(dāng)可引起社會(huì)的動(dòng)蕩甚至戰(zhàn)爭(zhēng)。對(duì)各種土地利用類型進(jìn)行改造是人類作用于土地資源最直接的方式土地利用是指人類有目的地開發(fā)利用土地資源的一切活動(dòng)如農(nóng)業(yè)用地、林業(yè)用

6、地、工業(yè)用地、居住用地、休閑娛樂用地等都是不同的土地利用類型土地覆蓋是隨著遙感技術(shù)在土地調(diào)查中應(yīng)用取得豐碩成果后而于近些年出現(xiàn)的新概念擺萬(wàn)奇柏書琴一般指地球表面當(dāng)前所具有的自然形成的或人為引起的覆蓋狀況包括各類作物、土壤、湖泊、沼澤濕地及道路等它反映了景觀的自然狀況。土地利用與土地覆蓋可以理解成事物的兩個(gè)方面其中一個(gè)是發(fā)生在地球表面的過程另一個(gè)則是各種地表過程包括土地利用的產(chǎn)物。無(wú)論是在全球的尺度還是國(guó)家或者區(qū)域的尺度上土地利用的變化在不斷地導(dǎo)致土地覆蓋的加速變化而土地覆蓋的變化反過來(lái)影響土地利用方式、空間格局及其時(shí)間變化。土地是人類最基本的生產(chǎn)資料是一種具有諸多用途的有限資源人類自有史以來(lái)的

7、大部分經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都是在土地上進(jìn)行的正是因?yàn)槿祟惻c土地之間這種密切的關(guān)系對(duì)土地覆蓋與土地利用的關(guān)注與研究貫穿于人類發(fā)展的整個(gè)歷史過程之中可以說人類的整個(gè)歷史就是對(duì)土地覆蓋進(jìn)行改造和土地利用變化的歷史。自人類文明產(chǎn)生以來(lái)土地利用覆蓋變化基于遙感的連云港市城區(qū)海岸帶土地利用變化研究簡(jiǎn)稱為就隨著歷史的進(jìn)程不斷發(fā)生變化在任何一個(gè)地區(qū)絕對(duì)不變的土地利用覆蓋變化是不存在的滄海桑田自然界的變化影響著土地覆蓋人類的干擾活動(dòng)始終調(diào)整著土地利用覆蓋方式使其適應(yīng)己變化的客觀環(huán)境。而另一方面也改變了原有的自然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)物種多樣性、大氣中二氧化碳的濃度、氣候的變化、水文等產(chǎn)生了影響甚至危及到人類的生存環(huán)境改變了人類原來(lái)的生

8、存方式影響可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)是導(dǎo)致全球環(huán)境變化的重要因素之一。現(xiàn)代正在不斷地改變著地表的土地利用格局影響了全球生態(tài)系統(tǒng)、物種多樣性、地球生物化學(xué)循環(huán)及大氣成分構(gòu)成其影響范圍包括“從基因到全球的所有組織水平”這種局部的累積導(dǎo)致了全球環(huán)境的變化這就不可避免地對(duì)人類的生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響甚至威脅到人類社會(huì)的可持續(xù)反展劉彥明陳百明。海岸帶是受海陸氣交互作用影響的過渡地帶包括海岸環(huán)境及毗連的沿岸水域河角洲、海岸平原、濕地、海灘與沙丘、紅樹林、瀉湖以及其他海岸特征。其自然資源豐富地理位置優(yōu)越具有巨大的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)海岸帶又是人類活動(dòng)最活躍和最集中的地帶。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前全世界人口在萬(wàn)以上的城市有位于潮汐河

9、口附近。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家約有的人口居住在距海岸線的范圍內(nèi)在發(fā)展中國(guó)家到上世紀(jì)末有的人口約億居住在沿海地區(qū)。特別是進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)以來(lái)沿海地區(qū)人口持續(xù)激增促進(jìn)了眾多產(chǎn)業(yè)的集聚海洋運(yùn)輸、水產(chǎn)養(yǎng)殖、漁業(yè)捕撈、填海造地、娛樂休閑、廢物排放、油氣開采等。人類高強(qiáng)度的開發(fā)活動(dòng)給海岸帶有限的資源和環(huán)境容量造成了巨大的壓力。世界各國(guó)的沿海地區(qū)不同程度地出現(xiàn)生物多樣性減少、海平面上升、漁業(yè)資源枯竭、自然災(zāi)害頻繁、沿岸水域污染等嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)已經(jīng)顯現(xiàn)出對(duì)區(qū)域乃至對(duì)全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不利影響。連云港位于中國(guó)沿海中部的黃海之濱江蘇省東北部隴海鐵路的最東端。地理位置極為優(yōu)越。她是中國(guó)南北過渡的結(jié)合部是首批對(duì)外開放的沿海城

10、市之一連云港處在中國(guó)沿海與內(nèi)陸實(shí)行廣泛交通聯(lián)系的最佳地帶是新亞歐大陸橋的東方橋頭堡由它上陸橋可以直駛?cè)f公里外的歐洲大西基于遙感的連云港市城區(qū)海岸帶土地利用變化研究洋沿岸諸港。這里有我國(guó)單機(jī)容量最大的核電站田灣核電站是繼秦山一期、秦山二期、秦山三期、大亞灣、嶺澳等之后第個(gè)并網(wǎng)發(fā)電的核電站。坐落于其境內(nèi)的云臺(tái)山風(fēng)物宜人景色秀麗被譽(yù)為“瀛洲仙島”。連云港目前己被國(guó)家確定為華東地區(qū)新興的工業(yè)、外貿(mào)、旅游、港口城市。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)為了加快城市發(fā)展的進(jìn)程連云港市城區(qū)海岸帶的開發(fā)出現(xiàn)了新局面土地利用率普遍提高土地利用的動(dòng)態(tài)變化活躍。海域開發(fā)利用程度相對(duì)提高現(xiàn)有交通運(yùn)輸用海、漁業(yè)用海、工礦用海、旅游娛樂用海、

11、圍海造地用海、捧污傾倒用海和特殊用海等多種用海類型部分岸段用海活動(dòng)非常密集海域使用管理任務(wù)繁重。為了滿足人們對(duì)生存空間的需求連云港市城區(qū)面積不斷擴(kuò)張。大規(guī)模的圍海養(yǎng)殖、圍墾種植熱潮同時(shí)各種臨港工業(yè)的興建使得圍海造地活動(dòng)加劇致使連云港城區(qū)的整個(gè)土地景觀發(fā)生了重大改變。經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)、由國(guó)家海洋局組織實(shí)施的“我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)”專項(xiàng)于年啟動(dòng)并已進(jìn)入全面實(shí)施階段。其中海島海岸帶衛(wèi)星遙感調(diào)查是一項(xiàng)重要的任務(wù)其目的是利用衛(wèi)星等遙感技術(shù)結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)查清我國(guó)海島、海岸帶資源的分布及其開發(fā)利用狀況實(shí)現(xiàn)我國(guó)海島、海岸帶調(diào)查資料的全面更新。本論文在山東江蘇區(qū)塊海島海岸帶衛(wèi)星遙感調(diào)查項(xiàng)目的支持下選擇連

12、云港城區(qū)海岸帶為研究區(qū)域開展海岸帶土地利用變化遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。海岸帶土地利用覆蓋變化研究進(jìn)展自從國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃和全球環(huán)境變化中的人文領(lǐng)域計(jì)劃”于年聯(lián)合提出“土地利用與土地覆蓋變化”研究計(jì)劃后土地利用變化研究成為目前全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)課題。遙感由于其具有及時(shí)、客觀、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)已被公認(rèn)為目前研究中最先進(jìn)的獲取土地利用信息的手段史培軍宮鵬等。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署旺年啟動(dòng)了。土地覆蓋評(píng)價(jià)與模擬”項(xiàng)目采用美國(guó)宇航局高分辨雷達(dá)影像調(diào)基于遙感的連云港市城區(qū)海岸帶土地利用變化研究查東南亞地區(qū)土地覆蓋的現(xiàn)狀與變化為可持續(xù)發(fā)展服務(wù)厄歐盟第框架計(jì)劃從年開始支持歐洲土地利用綜合預(yù)測(cè)模型項(xiàng)目整合現(xiàn)有的土壤水

13、文、作物生長(zhǎng)、農(nóng)場(chǎng)管理、土壤侵蝕等生物學(xué)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)模型對(duì)歐洲農(nóng)業(yè)區(qū)和典型區(qū)域的土地利用變化及其環(huán)境影響進(jìn)行研究。同時(shí)世界其他國(guó)家的很多研究機(jī)構(gòu)也紛紛開展了國(guó)家和區(qū)域尺度上的土地利用與土地覆蓋變化的研究項(xiàng)目。如日本國(guó)立環(huán)境所全球環(huán)境研究中心年啟動(dòng)“為全球環(huán)境保護(hù)的土地利用研究”項(xiàng)目采用地方性案例分析、遙感與地理信息系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和空間模型分析方法研究土地利用覆蓋變化的空間、時(shí)間以及驅(qū)動(dòng)因子。由大學(xué)的、等科學(xué)家組成的“土地利用轉(zhuǎn)化和影響模型”研究小組以案例研究為主運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法在不同尺度上對(duì)多種土地利用類型的變化進(jìn)行空間明晰的分配。我國(guó)的土地利用與土地覆蓋變化研究也起步較早包括“八五”期間開始進(jìn)行的“

14、國(guó)家資源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查與動(dòng)態(tài)分析”研究全國(guó)主要城市北京、廣州、上海、天津、太原、沈陽(yáng)、大連等開展了土地利用及其變化的遙感研究劉紀(jì)遠(yuǎn)童慶禧等工作以及其他相關(guān)項(xiàng)目包括國(guó)際合作項(xiàng)目如中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院與荷蘭大學(xué)項(xiàng)目合作進(jìn)行中國(guó)耕地與土地利用空間預(yù)測(cè)研究、中國(guó)科學(xué)院地理研究所與合作進(jìn)行中國(guó)土地利用與食物安全的研究等。目前人們已逐漸認(rèn)識(shí)到土地利用覆被變化是引起全球環(huán)境變化的一個(gè)重要因素李秀彬。當(dāng)今最具國(guó)際影響力的科學(xué)計(jì)劃“國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃”把“土地利用覆被變化”及“陸地一海洋的相互作用”均列為其核心計(jì)劃研究全球變化、土地利用等自然和人類活動(dòng)影響下海岸環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)變化及其反饋?zhàn)饔玫囊?guī)律性。城市化的加快和

15、旅游業(yè)的興起給世界范圍內(nèi)許多海岸帶地區(qū)帶來(lái)了壓力許多研究表明人類不合理的土地利用方式是導(dǎo)致海岸帶土地退化、環(huán)境惡化、災(zāi)害頻繁發(fā)生的重要原因。研究了小尺度上土地利用方式與降雨水質(zhì)的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)降雨作為大氣濕沉降的方式可反映土地利用方式的影響同基于遙感的連云港市城區(qū)海岸帶士地利用變化研究時(shí)雨水中的金屬離子也反映了較大尺度上地區(qū)水平的影響而雨水中農(nóng)藥的數(shù)量則反映了局地尺度上土地利用方式林地、農(nóng)田、城市和區(qū)域尺度的影響。等的研究發(fā)現(xiàn)世界范圍內(nèi)由土地利用覆蓋變化引起的水土流失和土地退化是造成入海河流沉積懸浮物增加的主要原因致使這些河流每年向海輸運(yùn)的懸浮物增加以至于世界范圍內(nèi)海岸帶的泥沙沉積速率是原來(lái)倍。

16、同時(shí)土地利用覆蓋變化也是海岸帶陸地景觀生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容我國(guó)生態(tài)學(xué)者陳利頂、傅伯杰等的研究表明海岸帶景觀格局的時(shí)空變化及其差異與人類不合理的土地利用方式有著密切的關(guān)系。正是由于海岸帶具有特殊的地理優(yōu)勢(shì)、脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和全球變化響應(yīng)門戶的特點(diǎn)世界上許多國(guó)家和研究機(jī)構(gòu)。包括科學(xué)家、學(xué)者開始紛紛致力于海岸帶土地利用覆蓋變化及其相關(guān)研究當(dāng)中。例如由美國(guó)國(guó)際開發(fā)署資助的東部非洲坦桑尼亞肯尼亞海岸帶土地利用與土地覆被變化及對(duì)近海海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響的課題利用美國(guó)陸地衛(wèi)星和航天飛機(jī)獲取的三維地形數(shù)據(jù)及全球定位系統(tǒng)輔助的地面考察對(duì)東部非洲海岸帶年的土地利用與土地覆被變化進(jìn)行了制圖及定量分析從而使遙感與地理信息

17、技術(shù)在無(wú)現(xiàn)存數(shù)據(jù)地區(qū)的應(yīng)用進(jìn)行了有成效的探索。年由蔡運(yùn)龍主持的國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目環(huán)渤海地區(qū)土地利用變化與土地持續(xù)利用模式研究系統(tǒng)分析了環(huán)渤海地區(qū)土地利用變化的時(shí)空特征、區(qū)域差異和驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析了土地利用變化對(duì)土壤質(zhì)量的影響和土壤養(yǎng)分空間變異的區(qū)域特征從水環(huán)境、生物多樣性和海陸相互作用等方面探討了土地利用變化的區(qū)域生態(tài)環(huán)境效應(yīng)從土地資源可持續(xù)利用的角度提出了土地持續(xù)利用評(píng)價(jià)的體系結(jié)合實(shí)例分析典型區(qū)土地持續(xù)利用的模式為深入開展該領(lǐng)域研究奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)從上世紀(jì)年代初開始了全國(guó)海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查工作歷時(shí)約年參加單位達(dá)多個(gè)約人。此次調(diào)查項(xiàng)目包括氣候、水文、海水化學(xué)、地質(zhì)、地貌與第四紀(jì)地質(zhì)、土壤、植被、林業(yè)、海洋生物、環(huán)境質(zhì)量、土地