Landsat影像的崇明岛滩涂冲淤演变特征分析
杨立君1，李梦博1，吴彤馨1，鲍幼锋1，李俊辉2，蒋毅2
（1. 南京邮电大学 地理与生物信息学院，南京 210023；
2. 江苏省地质测绘院，南京 211102）
摘要:
针对滩涂冲淤演变研究历史海图数据稀缺及遥感水边线高程赋值困难等问题，提出了基于长时间序列卫星影像的滩涂冲淤演变时空特征分析方法。该方法利用了平均大潮高、低潮位水边线具有稳定高程的自然属性，通过对特殊等高线几何特征与形态特征分析，研究了崇明岛滩涂冲淤演变的长期时空特征。结果表明： MIORSIW方法提取的平均大潮高、低潮位水边线高程精度优于0.15m，分别以47.60m/a和50.47m/a的速度向外扩张；崇明岛滩涂局部表现出不同的冲淤特征，但整体处于淤积状态，以8.592km2/a的速度增加；10~20 a后长江北支将断流，崇明岛东部滩涂发展速度放缓，形态上将和北岸大陆海岸线平齐，并最终与其合并。该文提出的方法操作简便快捷，解决了历史数据缺失问题，能够重现滩涂发展的历史形态、准确地给出滩涂冲淤长期时空演变规律，为滩涂资源的合理开发与保护提供了技术支持。
0 引言
滩涂在地貌学上称为“潮间带”，指沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮浸地带，其物理、化学、生物、地质等过程十分复杂[1]。它是海陆营力相互作用的前沿地带，在保护海岸湿地环境资源、维系海洋生物多样性、提高海岸防护能力、固存蓝碳等方面发挥着重要的作用[2]。近年来，随着入海泥沙通量减少、相对海平面上升、沿海开发及其诱发的侵蚀加剧等综合胁迫影响，潮滩环境变化加快，冲淤变化显著，潮滩资源正在面临极大的危机[3]。滩涂冲淤演变规律是滩涂资源开发利用与保护的科学依据，因此，近30 a来关于滩涂的研究文献持续增加，包括《Nature》《Science》等国际顶级期刊的持续关注[4-5]。探索快速便捷的观测手段是掌握滩涂系统演变规律，探究其对环境变化响应的重要前提[6]。
崇明岛是长江口向海淤涨最迅速的冲积岛屿[7]，沿岸四周发育了大规模的滩涂和沙洲，为上海市提供了弥足珍贵的土地资源，是我国沿海地区的资源宝库。崇明岛滩涂人类活动频繁，其对环境变化的响应研究很早被关注。崇明岛冲淤演变研究文献最早可追溯到1917年，海登斯坦根据长江输沙量推断长江三角洲扩展1公里仅需要37年[8]。改革开放以后长江河口及其局部地貌形成、演变及其动力机制成为了研究的热点问题。1980年文献[9-10]利用地方志和历史地理文献研究了崇明岛位置变化，并从历史发展角度推断崇明岛最终将与北岸大陆合并。1997年文献[11]利用1973年、1985年海图（1：80 000）和1887年海图（1：183 000万）对崇明岛长周期淤蚀状态进行了初步研究。2007年文献[12]利用1973年、1980年、1985年、1992年、1998年和2004年海图开展了崇明岛滩涂短周期侵蚀演变模式研究。 2007年文献[13]提出了利用时间序列遥感影像构建崇明东滩DEM，卫星遥感方法开展崇明东滩冲淤演变研究。2013年文献[14]收集了1993—2008年10幅小比例尺海图资料研究了崇明岛滩涂宽度及水下岸坡形状与坡度的变化。2015年文献[15]利用1993年和2013年两幅大比例尺海图绘制了崇明岛滩涂0 m线以下冲淤空间分布图。2016年文献[16]利用地面三维激光扫描技术分别于获取了崇明东滩生态治理工程前、后的三维激光点云数据，研究了潮沟体系、光滩冲淤变化等滩涂微地貌演变特征。2019年文献[17]利用多个年份的1：50 000地形资料研究了1997年以来崇明岛南部滩涂冲淤演变特征，并预测了2030年、2050年该地区的演变趋势。2021年文献[3]利用1990—2017年5幅大比例尺海图比较了0、2和5 m等深线包络面积、包络体积，研究了崇明岛南部横沙岛滩涂冲淤变化。上述研究为崇明岛滩涂资源的保护与合理开发提供了重要的理论依据。从以上研究内容很容易看出，滩涂地形数据的精度、范围以及时间跨度决定了人们对滩涂地貌演变规律的认知水平。
近年来，无人机摄影测量[18]、三维激光扫描[16]等现代测绘技术的出现，为滩涂地貌演变规律研究提供了丰富的数据源，为深入认知滩涂地貌演变规律提供了新的技术手段。这些现代测绘技术可以实时获取高精度滩涂地貌数据，但是它们在测量范围、时间跨度、生产成本等方面具有局限性，另外，为满足制图精度还需要布设一定数量的地面控制点。随着卫星传感器时空谱分辨的提高，卫星遥感在滩涂地貌研究中扮演了重要角色，成为了被高度关注的新技术。通过水边线提取[19]、水边线高程计算[20]、DEM空间插值[21]等方法的应用，卫星遥感技术生产制作了世界范围内大部分的滩涂形图[22-23]。卫星遥感具有长周期、大范围、低成本、高时效等技术优势，并且已经积累了海量的历史数据，是未来最具潜力的地理信息获取技术方法之一，因此，基于卫星遥感技术的滩涂地貌时空演变规律研究具有重要的实际应用价值。
讨论不同时期0m、2m以及5m等深线周长、包络面积等相对变化是滩涂冲淤演变特征分析常用的方法，高程特征线是滩涂冲淤演变研究的基础数据。在上述研究中不同深度的等高线主要来自于不同精度的历史地形图，这些地形图数据十分稀缺，限制了滩涂冲淤演变研究的广度和深度。文献[13，21]提出了遥感影像水边线复合技术方法研究滩涂地形变化，此方法需要长期的潮位数据，通常水边线高程赋值过程较为复杂，水边线高程精度也较低，一般适合小范围或者海平面变化较简单的区域。崇明岛受径流、潮汐、波浪及科氏力等综合作用影响，其周围的海面是一个十分复杂的曲面，很难用数学模型表示，且潮汐滞后效应明显，加上其周边的潮位站数量较少，传统的遥感影像水边线复合技术不能提供高质量的等高线。
众所周知，局部范围内多年平均海水面高度是一个常数。受其启发，局部范围内平均大潮、高低潮位的海平面也应该是一个固定值。调查发现，滩涂稳定陆地高程具有相似性[2]，盐沼植被、滩涂土壤粒径尺寸等具有带状分布特征[14]，这说明在长时间范围内滩涂的暴露或者是淹没是规律性的。这些地理现象支持了我们的观点，平均大潮高、低海平面位置不受其它因素的影响，因此，它是一个高质量的等高线。盐沼植被称为“生态系统工程师”，在滩涂的动态变化过程表现为垂向高程演变[24]，因此，盐沼植被发展边界线在滩涂地区也是一个重要的等高线。滩涂地形主要有凸型、双凸型及凹型三种典型剖面形态。在先验剖面条件下，平均大潮高、低潮位的水边线、植被边界线代替等深线结合影像特征给出了基于长时间序列遥感影像研究滩涂冲淤时空演规律的遥感分析方法，用以了解滩涂这种特殊地貌的长期演变过程，深入剖析人类活动对地貌演变的影响过程和内在机理，为滩涂资源的合理开发与保护提供技术支持。
1 研究区与数据
1.1 研究区
崇明岛原是长江河口沙坝，在明末清初的时候各沙岛互相涨接形成了现在的基本轮廓[25]，它形似春蚕，卧伏在长江入海口，位于121°00′07″E~122°10′00″E， 31°52′30″N~31°23′00″N之间。研究区位置如图1所示。在长江巨量来沙沉积作用下，崇明岛不断顺江下移，下涨上坍，目前全岛面积约1 267 km2 ，东西长约80 km，南北宽约13~18 km。滩涂主要集中在崇明岛东部和北部，崇明岛西部和南部只有少量的滩涂发育[26]。
崇明岛上端（崇头）位于长江口一级分叉点，在此处长江河道被分为南支和北支，下端崇明东滩延伸至口外，它是上海市面积最大的滩涂。长江口是中等潮汐强度的分汊型河口，在科氏力作用下，长江口潮流在口门外表现为旋转流（正规半日潮），而在口门内受地形限制主要表现为往复流的特征（非正规半日潮），潮流的涨落方向整体表现为西北-东南方向，它的平均潮差南支为2.0~2.5 m，北支为2.6~3.1 m。长江河口是一个丰水多沙的大型河口，多年平均径流量为 8.970×108 m3/a，年平均输沙量为3.6×108 t/a(1950—2017)。风浪方向具有较强的季节性，冬季以偏北为主，夏季主要偏向南，春秋两季为过渡季节，各向较为分散，没有规律性。
崇明岛岸线长、类型多，既有优质的港口海湾，也有丰富的滩涂湿地资源，这些条件都十分有利于旅游业、水产业、农业以及港口交通业的发展。
1.2 数据收集与处理
1.2.1 遥感影像收集
1972年以来，NASA陆地卫星计划已经发射了9颗Landsat系列卫星，是运行时间最长的地球观测计划。Landsat卫星影像图幅较宽、具有适中的空间与光谱分辨率，同时还能够免费下载。这些优势致使海岸带变化研究大多采用Landsat系列卫星影像。因此，选择Landsat系列卫星影像，开展中等尺度下滩涂冲淤演变规律遥感分析方法研究，具有重要的普适意义。
卫星影像数据集由Landsat-4、Landsat-5、Landsat-7和Landsat-8等共84幅影像组成。影像选取主要考虑：遥感影像资料云量<3%；遥感影像成像时间为丰水期的夏季以及枯水期的冬季。卫星影像来自于GEE数据库，是USGS Landsat数据一级大气校正反射率遥感数据产品（TOA）。遥感影像组成如表1所示。
表1 遥感影像数据集
1.2.2 大比例尺崇明岛滩涂地形图
大比例滩涂地形图主要用来评价遥感影像获取水边线的水平精度以及获取滩涂剖面形状。地形图测量时间为2007年，陆地成图比例尺为1：10 000，水下成图比例尺为1：25 000。陆地部分采用全站仪人工跑滩的测量模式，测线断面间距为200 m，测点间距为100 m。水下地形测量采用信标GPS接收机进行平面定位，回声测深仪获取水深、配合验潮站改正水位的测量模式，测线断面间距为500 m，测点间距为200 m。
1.2.3 遥感影像预处理
为了提高从遥感影像提取地面信息的精度，对遥感影像进行了大气校正、几何纠正、影像裁剪及影像增强等预处理工作。使用NLAPS定标参数完成辐射定标，气溶胶模型为海洋模型，利用FLAASH模块完成大气校正。遥感影像几何纠正点选择在人工堤坝拐角、道路交叉口及农田边界拐角等显著位置，纠正点的坐标在大比例尺崇明岛滩涂地形图上提取，纠正精度小于0.5个像元。
2 研究方法
单张遥感影像记录了瞬时水边线的位置，因此，平均大潮高、低潮位水边线可以由海量的遥感影像数据识别得到。将平均大潮高、低潮位水边线作为特殊的等高线叠加到实测的大比例尺地形图上，利用空间统计方法可以评价这两条线的等高性能。在长时间序列遥感影像的支持下，将遥感提取的特殊等高线作为基础数据，基于先验知识开展滩涂冲淤演变时空特征分析。特殊等高线的遥感提取以及冲淤演变时空特征分析是本研究的创新点。该项研究主要包括：多时相影像叠加遥感识别水边线技术方法、水边线水平性能评价与高程赋值方法以及滩涂冲淤时空演变特征分析方法。
2.1多时相影像叠加遥感识别水边线技术方法
多时相影像叠加遥感识别水边线技术方法(multi-temporal image overlay remote sensing to identify waterlines,MIORSIW)方法，它是一种通过海量遥感影像叠加识别平均大潮高、低潮位水边线的技术方法,主要由以下几个步骤组成。
1)水体与非水体分类。利用支持向量机分类方法对遥感影像分类，解决水体与非水体二值分类问题。
2)二值图像集合运算。对分类后的二值遥感图像进行集合运算，求得陆地被海水淹没得概率。平均大潮高潮位以上的陆地部分被海水淹没的概率为零，平均大潮低潮位以下的水体部分被海水淹没的概率为百分百。
3)水边线提取与矢量化。针对二值图像集合运算的结果利用密度分割方法识别被海水淹没百分百和百分之零的边界线，并利用分类后图像后处理方法实现边界线矢量化。
4)水边线人工编辑。叠加分析方法删除没有高程指示意义的边界线以及受云遮挡引起的错误边界线。在图2中：①所示的潮沟边界线；②所示的云遮挡产生的错误水边线均需要编辑。
图2展示了这个方法的原理，该图为11景Landsat-5卫星遥感影像经过水体与非水体分类、二值图像集合运算（波段相加）及密度分割处理后得到结果。陆地被海水淹没的概率值为像素为陆地占总影像数的比值。可以看出陆地暴露最小、最大边界线对应的是平均大潮高、低潮位线，它们和植被发展边界线一样是具有高程指示性能的等高线。这些等高线的高程具有稳定的自然属性，不需要考虑附近的潮位数据以及不同时刻的海平面特征，它可以由经验数据获得。
2.2 水边线水平性能评价与高程赋值方法
MIORSIW方法得到的等高线在实地中很难找到对应位置，因此，野外实测方法不能够直接评价它的水平性。然而，利用大比例地形图评价这些特殊的等高线却是一个十分有效的方法。
2.3 滩涂冲淤演变时空特征分析方法
以特殊等高线为基础数据，借助ArcGIS、DSAS软件的空间分析功能，分析等高线变化速率、摆动范围、周长变化、面积变化，滩涂坡度变化、坡向变化及DEM变化等冲淤演变时空信息。DSAS软件（Digital Shoreline Analysis System）是美国地质调查局开发的基于Esri ArcGIS软件的插件，它可以根据历史海岸线位置计算海岸线变化速率，预测海岸线发展趋势。
基于滩涂DEM计算滩涂坡度、坡向变化信息。滩涂DEM生产的起算高程数据为从遥感影像上获取的等高线，为提高其精度，依据先验知识（历史图）确定滩涂剖面形状，并假设崇明岛滩涂剖面形状是一致的。在这样的假设条件下，基于时序遥感影像和潮滩淹没频率利用半自动潮滩地形反演算法生产研究区滩涂DEM。基于时序遥感影像和潮滩淹没频率反演滩涂地形是文献[27]提出的半自动方法，在其论文中有详细的方法描述。为了更好地表示崇明岛滩涂冲淤演变时空特征遥感分析方法，绘制了如图3所示的技术流程图。
3 崇明岛滩涂冲淤演变时空特征与分析
利用时间序列Landsat系列卫星影像在遥感大数据的支持下提取5年时间跨度的平均大潮高、低潮位水边线以及盐沼发展边界线，将这些边界线作为等高线结合滩涂剖面形态开展崇明岛滩涂冲淤时空演变特征分析。
3.1等高线遥感提取与质量评价
使用2.1节给出的MIORSIW方法处理35 a中7个时间段的遥感影像数据（表1），分别获得了7条平均大潮高、低潮位水边线。在每个时间段内分别选取一景植被茂盛的遥感影像，利用植被指数法提取了7条盐沼植被的发展边界线。将以上21条线叠加在2017年7月份的遥感影像上，结果如图4所示。在这个过程中，除样本选择、人工编辑以外其它大部分工作都是由遥感图像处理软件（PIE）自动完成，并不需要太多参数设置，主观因素影响较小。图中HWL、LWL及VBL分别表示平均大潮高、低潮位水边线及盐沼发展边界线，后续均如此描述，将不再重复说明。提取结果可以看出，这些边界线空间覆盖范围广，分布均匀，彼此平行，作为等高线看上去十分合理。此外，在图4中也可以看出，这些特殊等高线的周长、面积以及形状等几何特征都发生了较大的时空变化。
3.1.2 遥感影像等高线质量评价与高程赋值
大比例尺崇明岛滩涂地形图测量时间为2007年，因此，可以利用它评价在2005—2009年时间段内遥感影像提取的等高线。在这个时间段内总共有11景遥感影像可以利用。将MIORSIW方法提取的HWL、LWL及植被指数法提取的VBL叠加到大比例滩涂地形图上，结果如图5所示。
从图5中，LWL与0.0 m等高线具有很好的重合度，VBL与HWL具有很好的重合度。为了检验这些特殊等高线的高程指示性能，依据2.2节的方法评价这些等高线的质量。分别在这些等高线上等间隔提取60个样本点，依据地形图上的高程点（如图6所示）反距离权重法计算样本点高程，并按照式（1）评价等高线的水平性，计算结果如表2所示。
结果表明遥感提取的3条等高线高程中误差不超过0.30 m，具有优秀的等高能力。VBL与HWL高度重合，受人类活动的影响，VBL高程水平性受到干扰，具有一定误差。为了保证后续计算的准确性，选择HWL、LWL，并将平均高程3.38、0.03 m作为它们的高程值参与后续计算。
表2 遥感影像等高线质量评价结果
3.2 崇明岛滩涂剖面形状及DEM制作
3.2.1 崇明岛滩涂剖面形状
从大比例尺滩涂地形图提取3条滩涂高程断面，线性拟合的方法求解滩涂剖面形态。T1、T2及T3为滩涂高程断面（位置如图6所示），利用ArcGIS工具提取断面高程，并绘制这3条滩涂剖面线，结果如图7所示。在T1、T2及T3剖面线上选择从稳定陆地前缘到0.0 m等高线的高程样本点，直线拟合R2计算值依次为0.983 2、0.989 6及0.988 3，说明剖面线在这个区域接近直线。
3.2.2 崇明岛滩涂DEM制作
将HWL、LWL视为等高线，考虑滩涂剖面直线形状（滩涂坡面为斜面），按照文献[27]提出的半自动滩涂DEM反演方法生产研究区7个时段的滩涂DEM。篇幅限制仅给出了1984—1989年和2015—2019年首尾两个时间段的滩涂DEM，结果如图8和图9所示。从这两幅图可以看出，这两阶段的滩涂DEM位置、范围、面积及形状等都发生了很大变化。
3.3 崇明岛滩涂冲淤演变时空特征提取
分别计算崇明岛7个时段HWL、LWL的长度、包围的陆地面积，滩涂面积、滩涂坡度及滩涂坡向等几何与形态特征。在计算过程中忽略盐沼发展前缘的侵蚀性陡壁，认为滩涂坡度均匀变化。为了准确说明崇明岛滩涂冲淤演变时空特征，将滩涂划分为A、B、C、D 4个区，各区范围如图1所示。A区从崇头开始，向东北方向，直到长江北支向东拐弯处。B区从长江北支向东拐弯处开始，直到八滧港北东6 km处。C区从八滧港北东 6 km处开始，直到八滧港东 6 km处，C区是崇明东滩所在的区域。剩余的部分为D区。利用GIS空间分析功能分区统计研究区7个时段等高线的几何特征以及DEM的坡度、坡向，统计结果如表3所示。
表3滩涂地貌特征计算结果
3.4 崇明岛滩涂冲淤演变时空特征分析
3.4.1 滩涂几何特征演变分析
1）等高线周长与包围面积变化分析
35 a来，HWL、LWL的周长和包围陆地面积逐年增加，但两者之间的滩涂面积几乎没有明显的变化。为了说明变化规律，依据表3绘制了HWL、LWL周长随时间变化的曲线图（图10）。从此图可以看出它们的周长变化不稳定，在2005—2009年及2015—2019年两个时段出现了比上个时间段减少的情况。这种情况的出现是因为，滩涂刚露出水面形状小且离散导致了水边线周长变长，在图12中①箭头指向的位置是这种典型情况。图11为HWL、LWL之间的陆地面积随时间变化的曲线图，两条曲线之间的垂向距离为滩涂面积。从这幅图可以看出水边线包围的陆地面积稳定增加，但两者之间的滩涂面积几乎没有变化，研究区总体处于淤积状态。不难发现，HWL、LWL包围的陆地面积变化相比其周长，更能有效的表达研究区域的淤蚀状态。
2）滩涂坡度与坡向变化分析
依据表3可以看出，崇明岛滩涂坡度平缓，其中C区（崇明东滩）坡度最小，B区次之，D区（长江南支的北岸）坡度最大。D区在东风西沙水库附近是处于快速的淤积状态，若不考虑这部分，它的坡度值会更大。除C区外，其它区具有相对稳定的坡度方向。平均坡向的变化说明了研究区淤蚀方向发生了改变。图12、图13分别为7个时段HWL、LWL的时空位置。可以看出，在A、B及D区水边线的移动方向基本一致，而在C区移动方向发生了明显变化。在1984—1999年3个时间段，C区的水边线是向东南方向发展，而在2000—2019年4个时间段水边线向偏北方向发展。HWL、LWL时空位置很好地描述了崇明岛发展状态，因此，十分有必要对其进行时空变化分析。
3.4.2 等高线时空演变分析
将HWL、LWL看作海岸线，利用DSAS5.1系统分析其时空演变规律。依据水边线的整体走势，手工数字化方法确定海岸线基线，断面间隔设置为400 m，并将每个时段的中间时刻作为水边线的时间，对其进行变化率分析。分析内容主要有包络线（SCE）、位置移动（NSM）及端点变化率（EPR），计算结果如表4所示。
表4 水边线变化DSAS分析结果
从表4可以看出，HWL和LWL相比，SCE、NSM、EPR等都是前者略小于后者。计算结果显示崇明岛整体上以约50 m/a的速度淤积。为了准确说明35 a来滩涂的时空淤蚀变化，绘制了HWL、LWL变化率分析图。图14、图15分为LWL、HWL端点变化率分析结果。在这两幅图中颜色越红（数字越小）表示侵蚀变化严重，颜色越蓝（数字越大）表示淤积变化严重。这两幅图给出了滩涂淤积和侵蚀的时空分布特征。淤积主要发生在A区、B区以及C区的东部，侵蚀主要发生在D区和C区的南部。D区修筑了较长的人工堤坝，除东风西沙水库表现为淤积以外，其它地方均表示没有变化或者是侵蚀状态。C区十分特殊，其东部发生淤积，并且是淤积最快的地方，南、北部发生侵蚀，其中南部是侵蚀最严重的地方。C区不仅增长速度快，其发展方向也发生明显改变，预测它的未来十分有意义。
3.5 崇明岛滩涂冲淤演变预测分析
利用DSAS5.1分析系统对HWL分别进行10、20 a预测，图16为预测结果。预测结果显示，10、20 a后HWL包围的陆地面积将分别达到1 605.68、1 702.94 km2，与当前相比分别增加了134.91、232.17 km2。10 a后长江北支将断流，A区、B区大部分地方将会淤积成陆地，C区除继续向海延伸外，其南北两侧将会发生大程度的侵蚀，D区除东风西沙水库淤积以外，其它地方没有变化或发生侵蚀。20 a后，崇明岛将会进一步与北方陆地合并，形成一个整体。
35 a来，崇明岛人类活动极其频繁，崇明岛发生淤积侵蚀受人类活动的影响很大。随着滩涂地貌的变化，该地区的水动力环境、河流泥沙含量及其空间分布都将发生变化。这些因素都会对崇明岛滩涂冲淤形态造成重大影响，DSAS系统仅根据历史数据进行预测，对研究区环境未来变化情况并未考虑，因此预测结果仅能参考，与实际情况会有较大的偏差。
4 讨论
MIORSIW方法提取HWL、LWL操作简单，这两条水边线具有天然的稳定高程，不需要考虑高程赋值问题，利用它来描述滩涂淤蚀变化可靠性高。基于5 a时间间隔的Landsat系列卫星遥感影像获取的HWL、LWL，高程精度优于0.15 m，可以作为中等比例尺地图的等高线。理论上，遥感影像数量越多，HWL、LWL越接近真实位置。随着卫星遥感技术的发展，尤其是具有全天候工作能力微波遥感，高质量的卫星影像越多越多，MIORSIW方法获取的等高线精度也会更高。
HWL、LWL包围的陆地面积，特别是它们之间的滩涂面积变化能够反映滩涂冲淤演变的总体特征。DEM坡度、坡向变化不仅描述了滩涂侵蚀的状态，还指出了滩涂冲淤的发展方向。长期以来，崇明岛陆地面积稳定增加，但滩涂面积基本稳定。2003年长江三峡工程正式投入使用后，长江泥沙含量大幅减少。可是，崇明岛滩涂淤积速度并没有发生明显变化，主要原因是周期性潮汐从海水里携带的泥沙并没有减少。
近年来，在崇头附近有较大的淤积，导致了长江北支径流量急剧减少，流速变慢，河床表面的冲刷力大幅下降，从上游携带的泥沙随之减少。然而，潮汐作用下从海里携带的泥沙大幅增加，为此，长江北支随着径流量的减少淤积速度会越来越快。长江北支径流减少，会导致长江南支径流量增加，流速加快，河床表面的冲刷力变大，泥沙沉积变难。此外，潮汐从海水里携带的泥沙量也会下降。这样的水动力环境及泥沙含量的变化将会导致长江南支两岸淤积速度减慢甚至发生侵蚀。崇明东滩南北两侧发生了侵蚀，这是因为在长江口外潮汐呈现的是旋转流。崇明东滩快速发展后，直接暴露在口门外的旋转流中，受长江径流影响越来越小，受旋转流影响表现为显著的侵蚀状态。依据这个推断，崇明东滩的未来将会停止向海发展，当长江北支断流后侵蚀速度会加快，最终形态上与北岸大陆海岸线平齐后，侵蚀状态结束。
还有一个问题需要说明，在C区北侧侵蚀区旁边（图16中①指向的地方），发生了明显淤积状态。这是因为该地区位于潮汐旋转流动方向上，处于挡水建筑物后，所以发生了淤积。北方大陆成为该地区在潮汐旋转流方向上的挡水建筑物。挡水建筑后水流形成漩涡，沿着水流方向的冲刷力减小，泥沙携带能力突然下降，从而容易发生淤积现象。例如，图16中②指向的地方，当修建了人工堤坝挡水建筑后，其后方迅速发生淤积，其淤积速度比其它地方快很多。东风西沙水库人工堤坝修建后，建筑物后水流方向上快速生成大片陆地。研究区这样例子非常多，就不一一列举了。依据这个推断，当崇头附近长江北支断流以后，A区、B区淤积速度会进一步的加快，将会比DSAS系统预测的淤积速度还要快一些。
当然，长江北支断流后，长江南支径流量增加，携带的泥沙含量相对增加，这样会导致河口拦门沙形态和位置都将发生变化。从当前的遥感影像上我们也能够看出，泥沙含量较高的区主要位于长江北支和长江南支江海交会处。在长江南支出现了很多沙岛，特别是横沙岛近年来发展十分迅速，有可能会成为下一个崇明岛。未来长江南支的冲淤变化将会十分复杂，人类活动对其演变将会产生巨大影响。
5 结束语
基于35 a的Landsat系列卫星影像利用MIORSIW方法提取HWL、LWL，通过几何特征与形态特征计算，分析了崇明岛滩涂冲淤演变的时空特征，得出以下结论。
1）MIORSIW方法提取的HWL、LWL高程精度优于0.15 m，其精度可以满足中等比例尺制图要求。
2）HWL、LWL包围的陆地面积每5 a分别增加约42.96、46.105 km2，滩涂面积约为135.47 km2，并保持基本不变，这两条水边线向外平均扩展了1.427、1.564 km，向外扩展速度约为47.60、50.47 m/a。
3）受北岸大陆的阻挡，崇明东滩发展速度未来将放缓，形态上将和北岸大陆海岸线平齐，并最终将和北岸陆地合并。论文基于长时间序列卫星影像，以HWL、LWL为基础数据，借助RS和GIS技术重现了崇明岛滩涂冲淤发展的历史形态，剖析了滩涂冲淤演变的影响过程和内在机理，给出了滩涂冲淤长期时空演变规律及未来发展趋势。
基于海量遥感数据的平均大潮高、低潮位水边线的应用解决了滩涂冲淤演变研究历史海图、潮位数据稀缺的问题，也解决了因潮汐滞后、海平面变化复杂遥感影像水边线高程赋值困难等问题。我们提出的MIORSIW方法原理简单、操作便捷，从多个角度分析滩涂冲淤演变时空特征，可以得出可靠结论。在实验过程中发现，光学遥感影像能够捕捉到水体中的泥沙含量，泥沙含量高的地方，更容易发生淤积，在接下来的研究中将会研究泥沙含量的空间分布与水下地形关系。（原文有删减）
【作者简介】杨立君（1977—），男，黑龙江勃利人，副教授，博士，主要研究方向为海岸带遥感技术应用。
ljyang@njupt.edu.cn
【基金项目】国家自然科学基金项目（41901401）; 江苏省自然科学基金项目（BK20190743）
【引用格式】：杨立君，李梦博，吴彤馨，等．Ｌａｎｄｓａｔ影像的崇明岛滩涂冲淤演变特征分析 ［Ｊ］． 测绘科学，２０２３，４８（５）：１６２-１７２，１８。
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