基于地理信息技术的北极斯瓦尔巴地区海岸带脆弱性评估：GEE平台与多源遥感数据的集成应用

《Remote Sensing Applications: Society and Environment》：Coastal Vulnerability Assessment in Svalbard region of the Arctic exploiting geoinformation technologies, datasets and a cloud-based platform

本研究针对北极斯瓦尔巴地区海岸带受气候变化威胁加剧的问题，开发了一种基于Google Earth Engine (GEE)云平台与Landsat卫星影像的自动化海岸线提取及海岸脆弱性指数(CVI)评估方法。通过集成多源地理空间数据与DSAS工具，揭示了研究区海岸线动态变化规律，结果显示约4%海岸线属高脆弱性，为北极脆弱环境下的海岸带管理提供了重要决策支持。

　　

在全球气候变暖的背景下，北极地区正经历着前所未有的环境变化，其升温速率高达全球平均水平的3倍。这片被称为"地球空调"的脆弱生态系统，特别是其海岸带区域，正面临着海平面上升、冰川消融、永久冻土退化等多重威胁。斯瓦尔巴群岛作为北极地区的重要门户，其海岸线动态变化不仅直接影响当地生态系统和人类居住区，更是全球气候变化的"放大镜"和"预警器"。然而，由于北极环境的极端性和数据获取的困难，传统监测手段难以实现对广阔海岸带的持续、精准观测，这为科学评估海岸带脆弱性带来了巨大挑战。

在这一背景下，研究人员在《Remote Sensing Applications: Society and Environment》上发表了关于斯瓦尔巴地区海岸带脆弱性评估的创新性研究。该研究旨在通过集成地理信息技术、遥感数据和云平台，建立一套适用于北极环境的自动化海岸带监测与评估方法，为理解气候变化对北极海岸带的影响提供科学依据。

本研究采用了多项关键技术方法：基于Google Earth Engine (GEE)云平台的自动化海岸线提取技术，利用Landsat 8 OLI卫星影像(2014-2023年)进行多时序分析；结合多种水体指数(NDWI、MNDWI、AWEI_sh、AWEI_nsh)和Otsu阈值分割算法提高海岸线识别精度；应用数字海岸线分析系统(DSAS)计算海岸线变化速率；集成多源地理空间数据(挪威极地研究所提供的20米分辨率数字高程模型和地质地貌数据)进行海岸脆弱性指数(CVI)综合评估。

研究结果部分，海岸线提取精度验证显示，通过对比MNDWI和AWEI_sh指数在2014、2018和2023年的海岸线提取结果，平均偏差低于11米，验证了该方法在北极环境下的可靠性。海岸线变化分析表明，研究期间海岸线呈现出明显的空间异质性，其中中部和东南部区域侵蚀最为严重，线性回归速率(LRR)显示最大侵蚀速率达-4.05米/年，而西北部基岩海岸则相对稳定。

海岸脆弱性评估结果揭示了研究区的脆弱性分布格局：仅4%的海岸线属于高脆弱性等级，29%为中等脆弱性，53%为低脆弱性，14%为极低脆弱性。就海岸线长度而言，低脆弱性区域占5618.52米，中等脆弱性区域占3166.75米，极低脆弱性区域占1516.54米，而高脆弱性区域仅387.57米。这一分布表明研究区大部分海岸线处于相对安全状态，但仍有约三分之一的海岸线需要重点关注和防护。

CVI参数敏感性分析发现，地质地貌和海岸坡度是影响脆弱性的主导因素，其中64%的海岸线因沙质沉积地貌而被评为极高脆弱性等级。相对海平面变化和平均波高由于在研究区表现较为温和，对整体脆弱性的贡献相对较小。潮汐范围呈现低至中等脆弱性，而海岸线变化速率参数显示79%的海岸线存在中度至高度侵蚀。

研究结论部分强调，该研究成功建立了一套适用于北极地区的海岸带脆弱性评估方法学框架，证实了GEE平台与多源遥感数据集成在极地环境监测中的有效性。研究发现斯瓦尔巴地区海岸带脆弱性存在显著空间差异，其中低坡度、沙质沉积区域是侵蚀热点，需要优先采取防护措施。尽管存在缺乏实地验证数据、云覆盖影响影像质量、CVI参数等权重设置可能不够精确等局限性，但该方法为北极海岸带管理提供了重要的技术支撑。未来研究可进一步融合合成孔径雷达(SAR)数据克服云覆盖限制，纳入社会经济因素实现更综合的脆弱性评估，从而为气候变化背景下北极海岸带的可持续发展提供更全面的科学依据。

这项研究的创新之处在于首次将GEE云平台的自动化处理能力与传统的海岸脆弱性评估方法相结合，针对北极特殊环境进行了优化，为偏远和数据稀缺地区的海岸带监测提供了可推广的技术范式。随着北极冰盖加速消融和海平面持续上升，此类研究对于保护北极生态环境、保障当地社区安全以及理解全球气候变化影响都具有重要的现实意义和科学价值。