基于遥感的连云港市城区海岸带土地利用变化研究

1、国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文基于遥感的连云港市城区海岸带土地利用变化研究姓名刘艳芬申请学位级别硕士专业物理海洋学指导教师张杰20070601基于遥感的连云港市城区海岸带土地利用变化研究摘要本文在国家海洋局组织实施项目“我国近海海洋综合调查与评价”专项山东江苏海岛海岸带卫星遥感调查课题的支撑下面向海岸带调查资源分布及开发利用状况利用遥感具有大范围、快速、同步等的优势开展了江苏省连云港市城区海岸带的土地利用变化监测研究。论文的主要工作包括将分层分类的思想用于海岛海岸带地物分类结合地物本身的光谱特性以及地域因子、专家知识等非遥感信息基于归一化植被指数、穗帽变换等在每一层上建立合适的判决函数逐

2、步实现地物的分离发展了自动化程度较高的模型算法。建立了两个时期各种土地利用的转换矩阵并采用修正的土地利用动态变化模型开展研究区域土地利用的数量变化和程度变化研究结果表明年间连云港市城区海岸带土地利用处于发展时期土地利用变化比较剧烈其中耕地减少幅度及其面积减少量在所有土地利用类型中居首位耕地减少的流向主要是住宅交通运输用地。住宅交通运输用地增加幅度最大、面积增加最多除了耕地为其主要来源外其他土地利用类型也有不同程度的转移。另外其他土地利用类型之间相互转换较普遍有相当一部分的低产盐田向未利用地转化。从定性和定量两个方面分析了影响连云港市城区海岸带土地利用变化的驱动因素进一步采用主成分分析法筛选了影

3、响土地利用变化的社会经济因素。结果表明自然条件如土壤、地形地貌等一系列稳定的因子在较小的时问尺度和区域尺度上对区域土地利用变化影响显弱但它们是导致区域土地景观类型分布的一个重要因素人口、城市化进程和工业化进程等社会经济因素在较小的时间尺度和区域尺度上是土地利用变化的主要驱动因素。最后就本文所发展的图像分类模型算法和土地利用变化驱动力分析模型提出了需要进一步开展的研究工作。关键词土地利用卫星遥感归一化植被指数穗帽变换驱动力湎印勰哪自缸原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或

4、成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名参糍日期砷年月。日学位论文使用授权说明本人完全了解国家海洋局第一海洋研究所关于收集、保存、使用学位论文的规定即按照本所要求提交学位论文的印刷本和电子版本研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版并提供目录检索与阅览服务研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文在不以赢利为目的的前提下研究所可以公布论文的部分或全部内容。保密论文在解密后遵守此规定论文作者签名吾99和屿导师签名量日期年月口日基于遥感的连云港市城区海岸带土地利用变化研究引言选题背景土地是人类社会赖以生存和发展的基础人类

5、发展的历史就是不断对土地加以开发利用和对土地覆盖进行改造的历史。土地具有自然属性、经济属性和社会属性不同的学科对土地概念理解不同。自然科学家认为土地是由气候、土壤、岩石、植物和水文等诸要素构成的综合体即土地的。自然界”经人类的作用后具有了新的特征形成土地所谓的“人为世界”陈传康经济学家认为土地是一项生产资料或自然经济复合体可以作为商品在市场上进行买卖社会学家认为土地属于占有者可为国家、种族、集体和个人所有作为财产的某种类型其归属问题如果处理不当可引起社会的动荡甚至战争。对各种土地利用类型进行改造是人类作用于土地资源最直接的方式土地利用是指人类有目的地开发利用土地资源的一切活动如农业用地、林业用

6、地、工业用地、居住用地、休闲娱乐用地等都是不同的土地利用类型土地覆盖是随着遥感技术在土地调查中应用取得丰硕成果后而于近些年出现的新概念摆万奇柏书琴一般指地球表面当前所具有的自然形成的或人为引起的覆盖状况包括各类作物、土壤、湖泊、沼泽湿地及道路等它反映了景观的自然状况。土地利用与土地覆盖可以理解成事物的两个方面其中一个是发生在地球表面的过程另一个则是各种地表过程包括土地利用的产物。无论是在全球的尺度还是国家或者区域的尺度上土地利用的变化在不断地导致土地覆盖的加速变化而土地覆盖的变化反过来影响土地利用方式、空间格局及其时间变化。土地是人类最基本的生产资料是一种具有诸多用途的有限资源人类自有史以来的

7、大部分经济活动都是在土地上进行的正是因为人类与土地之间这种密切的关系对土地覆盖与土地利用的关注与研究贯穿于人类发展的整个历史过程之中可以说人类的整个历史就是对土地覆盖进行改造和土地利用变化的历史。自人类文明产生以来土地利用覆盖变化基于遥感的连云港市城区海岸带土地利用变化研究简称为就随着历史的进程不断发生变化在任何一个地区绝对不变的土地利用覆盖变化是不存在的沧海桑田自然界的变化影响着土地覆盖人类的干扰活动始终调整着土地利用覆盖方式使其适应己变化的客观环境。而另一方面也改变了原有的自然生态系统对物种多样性、大气中二氧化碳的浓度、气候的变化、水文等产生了影响甚至危及到人类的生存环境改变了人类原来的生

8、存方式影响可持续发展。同时是导致全球环境变化的重要因素之一。现代正在不断地改变着地表的土地利用格局影响了全球生态系统、物种多样性、地球生物化学循环及大气成分构成其影响范围包括“从基因到全球的所有组织水平”这种局部的累积导致了全球环境的变化这就不可避免地对人类的生活产生深远的影响甚至威胁到人类社会的可持续反展刘彦明陈百明。海岸带是受海陆气交互作用影响的过渡地带包括海岸环境及毗连的沿岸水域河角洲、海岸平原、湿地、海滩与沙丘、红树林、泻湖以及其他海岸特征。其自然资源丰富地理位置优越具有巨大的生态价值和经济价值。同时海岸带又是人类活动最活跃和最集中的地带。据统计目前全世界人口在万以上的城市有位于潮汐河

9、口附近。在发达的工业化国家约有的人口居住在距海岸线的范围内在发展中国家到上世纪末有的人口约亿居住在沿海地区。特别是进入现代社会以来沿海地区人口持续激增促进了众多产业的集聚海洋运输、水产养殖、渔业捕捞、填海造地、娱乐休闲、废物排放、油气开采等。人类高强度的开发活动给海岸带有限的资源和环境容量造成了巨大的压力。世界各国的沿海地区不同程度地出现生物多样性减少、海平面上升、渔业资源枯竭、自然灾害频繁、沿岸水域污染等严重的生态危机已经显现出对区域乃至对全球社会经济发展的不利影响。连云港位于中国沿海中部的黄海之滨江苏省东北部陇海铁路的最东端。地理位置极为优越。她是中国南北过渡的结合部是首批对外开放的沿海城

10、市之一连云港处在中国沿海与内陆实行广泛交通联系的最佳地带是新亚欧大陆桥的东方桥头堡由它上陆桥可以直驶万公里外的欧洲大西基于遥感的连云港市城区海岸带土地利用变化研究洋沿岸诸港。这里有我国单机容量最大的核电站田湾核电站是继秦山一期、秦山二期、秦山三期、大亚湾、岭澳等之后第个并网发电的核电站。坐落于其境内的云台山风物宜人景色秀丽被誉为“瀛洲仙岛”。连云港目前己被国家确定为华东地区新兴的工业、外贸、旅游、港口城市。进入新世纪以来为了加快城市发展的进程连云港市城区海岸带的开发出现了新局面土地利用率普遍提高土地利用的动态变化活跃。海域开发利用程度相对提高现有交通运输用海、渔业用海、工矿用海、旅游娱乐用海、

11、围海造地用海、捧污倾倒用海和特殊用海等多种用海类型部分岸段用海活动非常密集海域使用管理任务繁重。为了满足人们对生存空间的需求连云港市城区面积不断扩张。大规模的围海养殖、围垦种植热潮同时各种临港工业的兴建使得围海造地活动加剧致使连云港城区的整个土地景观发生了重大改变。经国务院批准、由国家海洋局组织实施的“我国近海海洋综合调查与评价”专项于年启动并已进入全面实施阶段。其中海岛海岸带卫星遥感调查是一项重要的任务其目的是利用卫星等遥感技术结合地理信息系统技术查清我国海岛、海岸带资源的分布及其开发利用状况实现我国海岛、海岸带调查资料的全面更新。本论文在山东江苏区块海岛海岸带卫星遥感调查项目的支持下选择连

12、云港城区海岸带为研究区域开展海岸带土地利用变化遥感监测技术研究。海岸带土地利用覆盖变化研究进展自从国际地圈生物圈计划和全球环境变化中的人文领域计划”于年联合提出“土地利用与土地覆盖变化”研究计划后土地利用变化研究成为目前全球变化研究的前沿和热点课题。遥感由于其具有及时、客观、覆盖面广等优点已被公认为目前研究中最先进的获取土地利用信息的手段史培军宫鹏等。联合国环境规划署旺年启动了。土地覆盖评价与模拟”项目采用美国宇航局高分辨雷达影像调基于遥感的连云港市城区海岸带土地利用变化研究查东南亚地区土地覆盖的现状与变化为可持续发展服务厄欧盟第框架计划从年开始支持欧洲土地利用综合预测模型项目整合现有的土壤水

13、文、作物生长、农场管理、土壤侵蚀等生物学和社会经济模型对欧洲农业区和典型区域的土地利用变化及其环境影响进行研究。同时世界其他国家的很多研究机构也纷纷开展了国家和区域尺度上的土地利用与土地覆盖变化的研究项目。如日本国立环境所全球环境研究中心年启动“为全球环境保护的土地利用研究”项目采用地方性案例分析、遥感与地理信息系统监测和空间模型分析方法研究土地利用覆盖变化的空间、时间以及驱动因子。由大学的、等科学家组成的“土地利用转化和影响模型”研究小组以案例研究为主运用统计分析方法在不同尺度上对多种土地利用类型的变化进行空间明晰的分配。我国的土地利用与土地覆盖变化研究也起步较早包括“八五”期间开始进行的“

14、国家资源环境遥感宏观调查与动态分析”研究全国主要城市北京、广州、上海、天津、太原、沈阳、大连等开展了土地利用及其变化的遥感研究刘纪远童庆禧等工作以及其他相关项目包括国际合作项目如中国农业科学院与荷兰大学项目合作进行中国耕地与土地利用空间预测研究、中国科学院地理研究所与合作进行中国土地利用与食物安全的研究等。目前人们已逐渐认识到土地利用覆被变化是引起全球环境变化的一个重要因素李秀彬。当今最具国际影响力的科学计划“国际地圈生物圈计划”把“土地利用覆被变化”及“陆地一海洋的相互作用”均列为其核心计划研究全球变化、土地利用等自然和人类活动影响下海岸环境和生态系统变化及其反馈作用的规律性。城市化的加快和

15、旅游业的兴起给世界范围内许多海岸带地区带来了压力许多研究表明人类不合理的土地利用方式是导致海岸带土地退化、环境恶化、灾害频繁发生的重要原因。研究了小尺度上土地利用方式与降雨水质的关系研究发现降雨作为大气湿沉降的方式可反映土地利用方式的影响同基于遥感的连云港市城区海岸带士地利用变化研究时雨水中的金属离子也反映了较大尺度上地区水平的影响而雨水中农药的数量则反映了局地尺度上土地利用方式林地、农田、城市和区域尺度的影响。等的研究发现世界范围内由土地利用覆盖变化引起的水土流失和土地退化是造成入海河流沉积悬浮物增加的主要原因致使这些河流每年向海输运的悬浮物增加以至于世界范围内海岸带的泥沙沉积速率是原来倍。

16、同时土地利用覆盖变化也是海岸带陆地景观生态学研究的重要内容我国生态学者陈利顶、傅伯杰等的研究表明海岸带景观格局的时空变化及其差异与人类不合理的土地利用方式有着密切的关系。正是由于海岸带具有特殊的地理优势、脆弱的生态系统和全球变化响应门户的特点世界上许多国家和研究机构。包括科学家、学者开始纷纷致力于海岸带土地利用覆盖变化及其相关研究当中。例如由美国国际开发署资助的东部非洲坦桑尼亚肯尼亚海岸带土地利用与土地覆被变化及对近海海洋生态系统的影响的课题利用美国陆地卫星和航天飞机获取的三维地形数据及全球定位系统辅助的地面考察对东部非洲海岸带年的土地利用与土地覆被变化进行了制图及定量分析从而使遥感与地理信息

17、技术在无现存数据地区的应用进行了有成效的探索。年由蔡运龙主持的国家自然科学基金重点项目环渤海地区土地利用变化与土地持续利用模式研究系统分析了环渤海地区土地利用变化的时空特征、区域差异和驱动机制分析了土地利用变化对土壤质量的影响和土壤养分空间变异的区域特征从水环境、生物多样性和海陆相互作用等方面探讨了土地利用变化的区域生态环境效应从土地资源可持续利用的角度提出了土地持续利用评价的体系结合实例分析典型区土地持续利用的模式为深入开展该领域研究奠定了基础。我国从上世纪年代初开始了全国海岸带和海涂资源综合调查工作历时约年参加单位达多个约人。此次调查项目包括气候、水文、海水化学、地质、地貌与第四纪地质、土壤、植被、林业、海洋生物、环境质量、土地