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基于Landsat影像的杭州湾最大浑浊带年际变化研究

叶涛焱 李莉 姚炎明 夏乐章 管卫兵

叶涛焱, 李莉, 姚炎明, 夏乐章, 管卫兵. 基于Landsat影像的杭州湾最大浑浊带年际变化研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(9): 1377-1384. doi: 10.13203/j.whugis20170346
引用本文: 叶涛焱, 李莉, 姚炎明, 夏乐章, 管卫兵. 基于Landsat影像的杭州湾最大浑浊带年际变化研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(9): 1377-1384. doi: 10.13203/j.whugis20170346
YE Taoyan, LI Li, YAO Yanming, XIA Yuezhang, GUAN Weibing. Inter-Annual Variability of the Turbidity Maximum Zone in Hangzhou Bay Based on Landsat Imagery[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2019, 44(9): 1377-1384. doi: 10.13203/j.whugis20170346
Citation: YE Taoyan, LI Li, YAO Yanming, XIA Yuezhang, GUAN Weibing. Inter-Annual Variability of the Turbidity Maximum Zone in Hangzhou Bay Based on Landsat Imagery[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2019, 44(9): 1377-1384. doi: 10.13203/j.whugis20170346

基于Landsat影像的杭州湾最大浑浊带年际变化研究

doi: 10.13203/j.whugis20170346
基金项目: 

国家重点研发计划 2016YFC1401202

国家自然科学基金 41606103

国家自然科学基金 171101179

舟山科技局项目 2018C81036

详细信息
    作者简介:

    叶涛焱, 硕士生, 主要从事水色遥感研究。yety@zju.edu.cn

    通讯作者: 夏乐章, 博士。yzxia@zju.edu.cn
  • 中图分类号: P237;TV148

Inter-Annual Variability of the Turbidity Maximum Zone in Hangzhou Bay Based on Landsat Imagery

Funds: 

The National Key Research and Development Program of China 2016YFC1401202

the National Natural Science Foundation of China 41606103

the National Natural Science Foundation of China 171101179

the Bureau of Science and Technology of Zhoushan 2018C81036

More Information
    Author Bio:

    YE Taoyan, postgraduate, specializes in the ocean color remote sensing. yety@zju.edu.cn

    Corresponding author: XIA Yuezhang, PhD. E-mail: yzxia@zju.edu.cn
图(7) / 表(2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-19
  • 刊出日期:  2019-09-05

基于Landsat影像的杭州湾最大浑浊带年际变化研究

doi: 10.13203/j.whugis20170346
    基金项目:

    国家重点研发计划 2016YFC1401202

    国家自然科学基金 41606103

    国家自然科学基金 171101179

    舟山科技局项目 2018C81036

    作者简介:

    叶涛焱, 硕士生, 主要从事水色遥感研究。yety@zju.edu.cn

    通讯作者: 夏乐章, 博士。yzxia@zju.edu.cn
  • 中图分类号: P237;TV148

摘要: 杭州湾最大浑浊带(turbidity maximum zone,TMZ)受自然和人类活动的双重影响,年际变化显著。为探究杭州湾水域TMZ和表层悬浮泥沙浓度的年际变化特征,优选1984-2015年间30幅Landsat卫星影像,建立杭州湾水域表层悬沙浓度反演模型,模型经实测数据验证,平均相对误差为23.3%。对每张卫星影像进行悬沙浓度反演,进而提取TMZ面积数据。结果表明,杭州湾悬沙浓度面积分布类型均为正偏分布,且偏态系数由0.63增长至2.03,高悬沙浓度区域占比不断缩小。杭州湾各区域悬沙浓度均呈下降趋势,北岸芦潮港站下降趋势最为显著,减幅达73%。杭州湾TMZ面积年化下降率为4.57%,大于长江和钱塘江年输沙量的年化下降率3.74%。河流来沙减少和潮滩围垦导致的当地泥沙来源减少及水流携沙能力降低是影响TMZ面积降低的重要因素。

English Abstract

叶涛焱, 李莉, 姚炎明, 夏乐章, 管卫兵. 基于Landsat影像的杭州湾最大浑浊带年际变化研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(9): 1377-1384. doi: 10.13203/j.whugis20170346
引用本文: 叶涛焱, 李莉, 姚炎明, 夏乐章, 管卫兵. 基于Landsat影像的杭州湾最大浑浊带年际变化研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(9): 1377-1384. doi: 10.13203/j.whugis20170346
YE Taoyan, LI Li, YAO Yanming, XIA Yuezhang, GUAN Weibing. Inter-Annual Variability of the Turbidity Maximum Zone in Hangzhou Bay Based on Landsat Imagery[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2019, 44(9): 1377-1384. doi: 10.13203/j.whugis20170346
Citation: YE Taoyan, LI Li, YAO Yanming, XIA Yuezhang, GUAN Weibing. Inter-Annual Variability of the Turbidity Maximum Zone in Hangzhou Bay Based on Landsat Imagery[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2019, 44(9): 1377-1384. doi: 10.13203/j.whugis20170346
  • 悬浮泥沙影响着港口航道的冲淤及河口地形的演变,同时也是近海水体营养盐及污染物的主要载体,是环境影响评估中的一个重要参数。杭州湾是典型的强潮高含沙量河口,湾内最大实测表层悬浮泥沙浓度在5 kg/m3以上[1]。杭州湾高悬沙浓度的水体环境对南北两岸的港口航道冲淤影响尤为剧烈。因此,研究杭州湾水域悬浮泥沙浓度的时空变化特性具有重要意义[2]

    国内外诸多学者对杭州湾及其邻近海域悬浮泥沙浓度变化特性进行了研究。如He等[1]基于地球同步海洋水色卫星数据(geostationary ocean color imager,GOCI)反演了杭州湾表层水体悬沙浓度,结合实测水沙数据,对杭州湾悬沙浓度进行了日变化、月变化时间尺度的输移特征分析;Cheng等[3]基于GOCI卫星影像和实测数据对鸭绿江河口悬沙浓度的大小潮、季节性变化进行了分析;刘猛等[4]将有限体积海洋数值模型的水动力模型结果与GOCI卫星影像反演的表层悬沙浓度数据相结合,分析了杭州湾海域悬沙浓度随不同潮情的变异特性;Xie等[5]基于三维代尔夫特数值模型建立了平面二维悬沙输移数值模型,对杭州湾南北两岸潮汐通道的悬沙输移特性进行了分析;Du等[6]建立了杭州湾水域三维粘性悬沙输移的河口、近海及海洋系统数值模型,研究了悬沙浓度对波浪和潮流动力的响应。Cai等[7]基于Landsat遥感数据,分析了杭州湾跨海大桥建成后短期内邻近水域的悬沙浓度空间变化特征;王飞等[8]基于HJ-1A卫星数据反演了悬沙浓度,结合水深、风速等实测数据对杭州湾单日的悬沙空间分布及变化动力因素进行了分析。然而以上对于杭州湾悬沙浓度时空变化特性的研究多围绕悬沙浓度的单日和季节性特性及影响其变化的动力因素展开,时间尺度较短,且多为定性分析。

    自20世纪60年代以来,由于三峡大坝等水利工程的建设,导致入海泥沙量不断减少[9],长江来沙作为杭州湾悬沙的主要来源[10],其来沙量的减少势必会影响杭州湾悬沙浓度的时空变化。此外,20世纪70年代至今,杭州湾两岸围垦总面积达851 km2[11],岸线的缩窄一定程度上改变了杭州湾水域的水动力过程[12],进而影响悬沙的输移特性。因此,过去数十年以来,杭州湾水域悬沙浓度特征发生了较大的改变。

    本文基于1984—2015年美国陆地卫星计划(Landsat)系列卫星影像,建立了悬浮泥沙浓度反演模型,反演获得了杭州湾水域表层悬浮泥沙浓度数据,结合同时期长江、钱塘江入海径流量及输沙量资料,分析了近30 a杭州湾水域悬沙浓度和最大浑浊带(turbidity maximum zone,TMZ)的长时间、大区域时空变化特征,研究了杭州湾悬沙浓度对人类活动作出的响应,为杭州湾航道管理和工程建设提供了科学依据。

    • 杭州湾轮廓呈喇叭口状(图 1),杭州湾海底地形平坦,平均水深8~10 m[13]。北岸多为基岩海岸,水深较深,南岸庵东滩面前沿分布有大量潮滩,潮滩水深普遍在4 m以下[14]。由于杭州湾持续进行围垦工程,岸线逐年缩窄,故本文中杭州湾水域研究范围以2015年杭州湾岸线为准,湾口由北岸上海市芦潮港至南岸宁波市镇海区甬江口[15],连线宽约100 km,湾顶由北岸嘉兴市大尖山至南岸绍兴市柯桥区曹娥江,连线宽约8 km,水域面积4 970 km2

      图  1  杭州湾及测点位置示意图

      Figure 1.  Diagram of Hangzhou Bay and Locations of Sampling Stations

      杭州湾是典型的强潮河口湾,潮波变形剧烈,属浅海半日潮类型,湾顶澉浦区域平均潮差4~6 m[13]。注入杭州湾的河流主要有长江和钱塘江。长江年平均径流量为8.96×1011 m3,年平均输沙量为3.90×108 t,钱塘江年平均径流量为1.98×1010 m3,年平均输沙量为2.5×106 t[9]。一般认为,杭州湾泥沙来源以长江来沙为主,流域来沙占比较小[6],长江入海泥沙主要以两种方式进入杭州湾,一是经南汇嘴直接进入,二是在长江口向南扩散后由涨潮输运间接进入。

    • 本文收集了1984—2015年间杭州湾地区所有云况较好的123幅Landsat系列卫星遥感影像数据,数据均来自于中国科学院地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn/)及美国国家地质局(https://eros.usgs.gov/)。美国航空航天局从1972年至今共发射了7颗Landsat陆地卫星。Landsat卫星为太阳同步轨道卫星,16 d覆盖全球一次,同一地区的拍摄时刻接近,杭州湾地区的成像时刻在格林威治时间01:30—02:30之间。本次研究采用Landsat 5、Landsat 7、Landsat 8搭载的专题绘图仪、增强型专题绘图仪、陆地成像仪传感器拍摄的影像数据。

      风场会引起潮流、波浪的变化,进而影响水体中悬浮泥沙的时空变化特征。在不考虑台风等极端天气的情况下,大风对悬浮泥沙浓度的影响时间通常不会超过一个完整的涨落潮周期[8]。当风速小于6.4 m/s时,风对杭州湾水域悬沙浓度变化的异常影响可以忽略不计[16]。因此,运用嵊泗和定海(位置见图 1)两气象站海面以上10 m处13 h内各自最大风速的平均值作为参考风速,选取风速小于6.4 m/s的卫星图片,以排除风场对悬沙浓度的影响。实测风场数据来源于香港科技大学环境学院大气环境实时数据库(http://envf.ust.hk/dataview/stnplot/current/)。

      杭州湾悬沙浓度随涨落潮变化而发生显著变化[4]。因此在分析年际变化时,须选取成像时刻潮位、涨落潮过程等潮时相近的卫星影像数据进行比较。本文基于滩浒验潮站(位置见图 1)2015年1 a内每小时的水位观测数据,运用调和分析获得各分潮的调和常数。选取11个主要分潮(M2N2S2K2O1Q1P1K1M4MS4M6)的调和常数进行潮汐预报,获得与卫星影像成像时刻对应的滩浒站潮时信息。

      以潮时水位信息相近且一个潮周期内最大风速小于6.4 m/s为依据,选取了30幅Landsat遥感影像数据。将卫星数据按时间跨度分为5个年份组:1984—1988年(a)、1990—1994年(b)、1997—2001年(c)、2002—2006年(d)、2013—2015年(e)。每个年份组内的卫星影像均包含洪、枯季两个季节,大潮、中潮、小潮3个潮况,涨潮、落潮两个潮时。不同年份组间季节和潮况相同的卫星影像对应的潮时水位信息相近,最大程度地减少悬沙浓度日、月变化在年际变化分析中的干扰。

    • 基于以上Landsat影像的原始灰度数据,先通过辐射定标将灰度值转换为卫星传感器接收到的大气顶层辐射亮度值,再通过大气校正将辐射亮度值转换为表层水体的遥感反射率,最后通过几何校正将不同时期的遥感反射率影像数据校正到相同坐标系统下进行悬沙浓度的反演计算。辐射定标、大气校正、几何校正过程均通过遥感图像处理平台ENVI(environment for visualizing images)实现,其中大气校正过程采用的是FLAASH(fast line atmospheric analysis hypercubs)大气校正模块[17]。得到表层水体的遥感反射率数据后,本研究采用刘王兵等[18]提出的杭州湾悬浮泥沙遥感反演算法:

      $$C = 13.895 \times {{\rm{e}}^{4.517{\rm{}}6 \times \frac{{{R_{{\rm{NI}}}}}}{{{R_{{\rm{Red}}}}}}}}$$ (1)

      式中,C为悬浮泥沙浓度,单位为mg/L;RNIRRed分别为Landsat数据近红外波段、红色波段的遥感反射率。反演算法相关系数为0.95,平均相对误差为7.12%[18]

      反演模型通过与卫星影像成像时刻同步(2000-09-02)的实测泥沙资料[19]进行验证。悬浮泥沙测点S1~S8(位置见图 1)分布于杭州湾澉浦-金山段,实测表层悬浮泥沙浓度范围为165~1 860 mg/L,覆盖高浓度至低浓度区间,具有较高的参考价值。验证结果(表 1)显示,反演值与实测值的平均相对误差为23.3%,故悬沙浓度反演模型具有较高的反演精度,满足杭州湾表层悬沙浓度的监测需求。为避免浅水区潮滩反射影响遥感反演结果[20],本文计算时剔除了南岸潮滩部分。

      表 1  悬沙浓度验证

      Table 1.  Verification of Suspended Sediment Concentration

      测点编号 实测值/(mg·L-1) 反演值/(mg·L-1) 相对误差/%
      S1 1 860 952 48.8
      S2 165 169 2.4
      S3 244 171 29.9
      S4 319 305 4.4
      S5 298 167 43.9
      S6 200 203 1.5
      S7 332 479 44.3
      S8 966 860 10.9
    • 为减小不同年份组间因洪枯季、大小潮、涨落潮等差异造成的悬沙浓度变化,将每个年份组中的6辐悬沙浓度数据平均化,得到各年份组的组内平均悬沙浓度:

      $${C_i} = \frac{{\mathop {\mathop {\mathop \sum \nolimits^{} }\limits_{j = 1} }\limits^{{n_i}} {C_{_{ij}}}}}{{{n_i}}}$$ (2)

      式中,Ci为各年份组的组内平均悬沙浓度;Cij为各年份组内每张卫星影像对应的悬沙浓度;i为各年份组编号(取值为a~e);ni为每个年份组内的卫星影像数量。

    • 为定量分析杭州湾悬沙浓度的年际变化特征,采用年化变化率表征在研究时间内悬沙浓度、输沙量每年的变化趋势[9]

      $$ {T_S} = \frac{{{K_S}}}{{{S_a}}} $$ (3)

      式中,TS为悬沙浓度、年输沙量等变量的年化变化率;Sa为各变量在5个年份组内的总平均值;KS为各变量随时间变化图像中线性趋势线的斜率,其中时间取各年份组内中间年份。规定当TS < -1%时,减小趋势明显;当TS > 1%时,增加趋势明显;当TS 介于-1%与1%之间时,变化趋势不明显。

    • 偏态系数是衡量数据系列在均值的两侧分布对称或不对称(偏态)程度的重要参数。本文采用偏态系数来反映杭州湾悬沙浓度的分布类型:

      $${S_k} = \frac{{\mathop {\mathop {\mathop \sum \nolimits^{} }\limits_{i = 1} }\limits^n {{({c_i} - \bar c)}^3}}}{{n \times {\sigma ^3}}}$$ (4)
      $$\sigma = \sqrt {\frac{{\mathop {\mathop {\mathop \sum \nolimits^{} }\limits_{i = 1} }\limits^n {{({c_i} - \bar c)}^2}}}{n}} $$ (5)

      式中,Sk为偏态系数;ci表示杭州湾各点的组内平均悬沙浓度;c为杭州湾全场平均的组内平均悬沙浓度;n为杭州湾悬沙浓度数据的空间数量;σ为均方差。当Sk > 0时,称为正偏分布类型,悬沙浓度数据朝小于均值一侧偏态,Sk越大,正偏程度越严重,表明低悬沙浓度区域占比越大,高悬沙浓度区域占比越小;当Sk < 0时,称为负偏分布类型。

    • TMZ是指河口区含沙量稳定且高于周围水域的高含沙水域。杭州湾TMZ的分界浓度值尚未定论,考虑到长江口TMZ的悬沙浓度值一般在0.1~4.2 kg/m3之间[21],参考文献[21-22],以0.7 kg/m3为TMZ的分界浓度值,定义高于该悬沙浓度的水域为TMZ。按照下式计算TMZ的面积:

      $${S_{{\rm{TMZ}}}} = {N_S} \times {\rm{\Delta }}S$$ (6)

      式中,STMZ 为TMZ的面积;NS为杭州湾内悬沙浓度大于0.7 kg/m3的空间点数量;ΔS为Landsat系列卫星的空间分辨率,均为30 m。

    • 选取澉浦、金山、芦潮港、庵东、滩浒、镇海这6个典型的站位(图 1T1~T6)进行悬沙浓度时空变化的比较分析(图 2)。站位分布在湾顶、湾中、湾口、南岸、北岸,能较为全面地代表湾内悬沙浓度的年际变化。

      图  2  杭州湾各区域悬沙浓度年际变化

      Figure 2.  Suspended Sediment Concentration Variation of Representative Regions in the Hangzhou Bay

      图 2结果表明,1984—2015年,6个站位的组内平均悬沙浓度均有明显减小的趋势。滩浒站、芦潮港站下降趋势最为显著。芦潮港站组内平均悬沙浓度从年份组a时期的887.3 mg/L下降为年份组e时期的239.2 mg/L,减幅达73%。随着长江来沙量的逐年减少,从南汇边滩经芦潮港进入杭州湾的泥沙[23]也随之减少。加之南汇潮滩的围垦工程拦截了长江来沙[24],又减少了局地悬沙来源,亦导致芦潮港附近的水域悬沙浓度下降。镇海站悬沙浓度下降趋势最小。

      金山站位于金山深水航道处,平均水深13 m以上[1],导致金山站组内平均悬沙浓度在6个站位中最小。金山站5个年份组的组内平均悬沙浓度总平均值仅为314.5 mg/L,其余站位的悬沙浓度总平均值均在500 mg/L以上。庵东站和滩浒站最高,达560.5 mg/L。悬沙浓度的分布趋势及量级与已有数值模拟结果、实测数据一致[6, 25]

    • 以枯季为例,如图 3所示,杭州湾大潮时期(图 3(c)图 3(d))的悬沙浓度明显大于小潮时期的悬沙浓度(图 3(a)图 3(b)),且大小潮期间的悬沙浓度及TMZ面积均具有随时间减小的趋势。对于枯季小潮期,1984—2015年杭州湾表层的TMZ面积下降了89.9%;对于枯季大潮期,1986—2014年TMZ面积下降了36.5%。洪季大小潮期间的表层悬沙浓度分布和变化趋势与枯季相似,但差异较小。

      图  3  杭州湾悬沙浓度反演结果

      Figure 3.  Retrieved Results of Suspended Sediment Concentration in the Hangzhou Bay

      将每个年份组的组内平均悬沙浓度划分为4个等级:低值区(0~200 mg/L)、中值区(200~700 mg/L)、高值区(700~1 200 mg/L)、极值区(1 200 mg/L以上),进行悬沙浓度分布趋势的年际变化分析(图 4表 2)。

      图  4  5个年份组的悬沙浓度分布年际变化

      Figure 4.  Inter-Annual Variation of Suspended Sediment Concentration Distribution in the Five Periods

      表 2  不同悬沙浓度面积范围变化率

      Table 2.  Trend Ratios for Different Suspended Sediment Concentration Areas

      悬沙浓度
      范围
      5个年份组平均
      面积/km2
      年化变化率/%
      低值区 1 883.7 2.58
      中值区 1 827.0 0.49
      高值区 672.9 -2.55
      极值区 587.4 -6.88
      TMZ 1 260.3 -4.57

      图 4表 2的结果表明,近30 a来,杭州湾水域悬沙浓度低值区面积的增加趋势明显,年化增长率为2.58%,其中年份组d的低值区面积最大,达2 501.8 km2,占比50.3%;悬沙浓度高值区和极值区面积具有减小趋势,其中极值区面积的减少趋势最为明显,年化下降率达6.88%,年份组e的极值区面积仅为152.12 km2,占比3.06%;中值区面积基本稳定,多年来略有增长。年份组a、b、c、d、e对应的组内平均TMZ面积分别为2 205 km2、1 675 km2、1 028 km2、746 km2、647 km2,年化下降率为4.57%。

      图 4可以看出,研究年份内,悬沙浓度的偏态系数由年份组a时期的0.63增长至年份组e时期的2.03。因此,杭州湾悬沙浓度面积分布类型均为正偏分布,且正偏程度越来越大,显示其高悬沙浓度区域的面积占比不断缩小。

    • TMZ是反映河口悬沙输移的一种典型现象,其面积的变化与河口区域的水动力机制及汇入河口的泥沙量关系密切[22]。1984—2015年间,长江和钱塘江的总年径流量变化趋势不明显,但两条河流的总年输沙量从5.06×108 t减小至1.21×108 t[9],减小趋势明显(图 5)。

      图  5  长江、钱塘江年径流量和年输沙量

      Figure 5.  Annual Runoff and Sediment Loads of the Yangtze River and the Qiantang River

      图 6为5个年份组的TMZ面积及年输沙量年际变化,其中年输沙量为每个年份组内所有年份的平均值。河流来沙的年化下降率远远小于杭州湾TMZ面积的年化下降率。杭州湾TMZ面积的年化下降率为4.57%,大于长江和钱塘江年输沙量之和的年化下降率(3.74%,图 6)。特别地,长江三峡大坝1997年正式截流,三峡水库2003年开始正式蓄水[26],对应的年份组c至年份组d之间的年输沙量降幅最大,达到43.5%,其对应的TMZ面积降幅仅为27.4%。类似地,年份组d至年份组e之间的年输沙量降幅高达33.6%,对应的TMZ面积降幅仅为13.3%。因此,杭州湾TMZ面积的减少不完全是因为径流来沙的减少而导致。且随着长江、钱塘江来沙量的逐年减少,径流来沙对TMZ面积的影响也明显减小。

      图  6  5个年份组的TMZ面积及年输沙量年际变化

      Figure 6.  TMZ Areas and Inter-Annual Variation of Annual Sediment Loads in the Five Periods

      杭州湾悬浮泥沙浓度除受长江、钱塘江来沙量的影响以外,杭州湾底床和潮滩区域泥沙的再悬浮也是影响其变化的重要因素[27]。杭州湾地区近年来开展了大规模的滩浒围垦工程,20世纪70年代至2014年,杭州湾水域共计围垦面积851 km2,年平均围垦速率为21.82 km2/a。1984年以来,杭州湾-钱塘江河口区累积围垦面积[11]与TMZ面积的相关性高达0.98(图 7)。潮滩围垦减少了泥沙来源,促进了TMZ面积的降低。潮滩的围垦增大了湾内潮差,将水流的动能转换为势能,降低了湾内流速[28],进而降低了水流的携沙能力[29],改变了悬沙输移特性,使得杭州湾在研究年份内整体呈现淤积的趋势,进一步降低了TMZ面积及其悬沙浓度。2003—2014年间,杭州湾整体淤积量达1.66×109 m3 [30],年平均淤积量为3.67×108 t,远大于长江及钱塘江的平均年输沙量之和(1.58×108 t)。且长江来沙的减少主要集中在洪季,而洪季长江口外海域的悬沙浓度近年来并未减少[31]。随着长江来沙的减少,长江口外海域千年来沉积的泥沙可能正逐渐变为杭州湾主要的泥沙来源。

      图  7  累积围垦面积与TMZ面积的关系

      Figure 7.  Relationship Between the Cumulative Embanked Areas and the TMZ Areas

    • 本文建立了杭州湾表层悬浮泥沙浓度反演模型,计算了湾内表层悬沙浓度,反演值与实测值平均相对误差为23.3%。基于1984—2015年的30幅Landsat卫星影像数据,参考潮况、潮时、风速等影响因素,将卫星影像分为5个年份组,计算组内的平均TMZ面积。通过比较分析各组的平均TMZ面积,得到杭州湾表层TMZ的年际变化趋势及其对长期人类活动的响应。主要结论如下:

      1)在年份组a至e期间,杭州湾悬沙浓度低值区面积逐年增长,年化增长率为2.58%;中值区面积基本稳定。悬沙浓度高值区和极值区面积具有明显的减小趋势,其中极值区面积年化下降率达6.88%。杭州湾悬沙浓度分布类型均为正偏分布,且正偏程度由0.63增长至2.03,显示悬沙浓度低值区面积不断增加。

      2)杭州湾悬沙浓度具有减小的趋势。北岸芦潮港站的悬沙浓度年际间下降趋势最为显著,减幅达73%,可能是长江来沙量的减小和其附近南汇边滩剧烈的围垦工程共同作用的结果。镇海站悬沙浓度年际间下降趋势最小。北岸金山站由于位于深水航道区,悬沙浓度在5个年份组内均最小。

      3)近30 a来,杭州湾TMZ面积从年份组a时期的2 205 km2下降为年份组e时期的647 km2,年化下降率为4.57%,大于长江和钱塘江年输沙量的年化下降率3.74%。TMZ面积与杭州湾-钱塘江河口累积围垦面积的相关性高达0.98。河流来沙的降低和潮滩围垦是影响TMZ面积下降的重要因素。随着长江、钱塘江来沙量的进一步减少,径流来沙对TMZ面积的影响也明显减小,长江口外海域沉积的泥沙可能逐渐变为杭州湾主要的泥沙来源。

参考文献 (31)

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