中国沿海地区的挤压效应与多情景风险评估（1985–2024年）

《Environmental Impact Assessment Review》：Coastal squeeze and multi-scenario risk assessment in China, 1985–2024

中国沿海空间挤压时空特征与多系统风险评估。基于1985-2024年Landsat数据，运用随机森林方法生成高精度海岸线动态数据集，揭示中国海岸带呈阶段性外扩-内收演变规律，1990-2015年外扩率达66.57%，2015年后局部内收。风险分析表明，经济发达沿海城市面临最高综合风险，其中海洋生态系统风险指数达3.82，陆域生态系统次之（2.15），社会系统风险最低（1.47）。研究提出陆海协同管理框架，为制定海岸带可持续发展政策提供决策支持。

　　沿海地区作为陆地与海洋之间的过渡带，承载着多种独特的生态系统，这些系统在提供生态服务、防止灾害和降低环境风险方面发挥着重要作用。同时，沿海区域因其战略性的地理位置，成为人类活动与自然系统交互的关键界面。然而，随着快速的城市化和工业化进程，基础设施向海洋方向扩展的趋势日益明显，这种扩展与海平面上升等气候变化因素相结合，对原本有限的沿海空间施加了前所未有的压力。沿海空间的挤压不仅降低了生态系统的完整性与稳定性，还显著增加了人类对海洋灾害的脆弱性，同时加剧了对陆地-海洋生态系统的城市干扰，形成了风险增强的反馈循环。

在全球范围内，联合国可持续发展目标（SDGs）的推进促使各国更加重视建立协调的陆海关系，以实现可持续的沿海管理。特别是“可持续城市与社区”、“气候行动”以及“水下生命”等目标，强调了对沿海地区进行综合规划与管理的重要性。因此，深入研究沿海空间的时空变化及其风险模式，对于提升生态系统韧性、指导区域发展规划具有重要的理论和实践意义。

当前，长期、高精度的海岸线数据仍然稀缺，这在一定程度上限制了对沿海区域长期变化的研究。现有的海岸线提取流程通常较为复杂，需要大量的时间和技术投入，包括卫星图像预处理、水体指数计算以增强陆地与水体的光谱对比、使用阈值分割或分类方法进行水陆分离、通过边缘检测等技术提取水陆边界、利用潮汐数据或高程模型进行海岸线校正，以及人工编辑和精度验证等步骤。尽管已有研究采用不同的方法生成海岸线数据，例如结合亚像素水线提取与像素级潮汐建模的方法，或通过手动与视觉解释提取和分类海岸线，或利用时间序列重建与自动阈值分割技术，这些方法仍然依赖人工干预，并涉及复杂的校正过程，难以满足大规模、长时间跨度的研究需求。

由于海岸线提取的复杂性以及相关数据的有限性，同时考虑城市扩张与海岸线动态变化的沿海挤压研究仍然较为有限。大多数现有研究集中在区域尺度，例如对南卡罗来纳州约翰斯岛的文化生态系统服务影响进行案例研究，或对黄河三角洲湿地的沿海挤压进行分析，或对墨西哥马萨特兰地区的旅游承载力与沿海挤压之间的相互作用进行探讨。虽然一些研究已经扩展到全球尺度，但往往聚焦于特定类型的海岸，如全球范围内的沙滩海岸或海平面上升背景下的湿地挤压。然而，如前所述，沿海挤压所带来的风险并不局限于直接受影响的海岸类型，因此，国家级别的研究需要更加全面的评估方法。

本研究聚焦于中国大陆沿海区域，旨在系统地描述沿海挤压的时空变化模式，并进行多情景风险评估。考虑到高分辨率海岸线数据的稀缺性，研究采用了Landsat遥感影像和随机森林方法，生成了从1985年至2024年的详细且可比的海岸线数据集。研究目标包括：1）提取中国大陆的海岸线以进行沿海挤压分析；2）系统分析这一时期沿海挤压的时空变化；3）基于海岸线演变模式模拟挤压情景，并评估其对城市社会系统（USS）、陆地生态系统（TES）和海洋生态系统（MES）的影响。

研究区域涵盖了中国从北纬18°至41°，东经105°至123°之间的沿海地带，总面积广阔，涉及多个省级行政区和特别行政区。研究区域从辽宁丹东鸭绿江入海口开始，向南延伸至广西东兴北仑河入海口，覆盖了10个省级行政区以及香港和澳门特别行政区。由于中国海岸线类型多样，地理环境复杂，沿海区域的发展模式和生态压力具有高度的空间异质性。

为了确保海岸线数据的准确性，研究采用了一种基于随机森林分类框架的方法，利用全年的中位数合成影像进行海岸线提取。这种方法有助于减少潮汐干扰，反映稳定的光谱条件。对于数据稀缺的年份，如1985年和1995年，研究通过使用相邻月份的高质量影像进行填补。在准确性验证方面，研究首先通过协方差分析去除高度相关的多光谱波段，随后在每组指标中保留一个代表性指标，以减少冗余。由于数字高程模型（DEM）与其他指标之间的相关性较弱，因此也被保留下来。最终，选择了DEM、归一化植被指数（NDVI）、归一化水体指数（NDWI）、地形指数（TI）和非地表发展指数（NDDS）作为图像分类的特征变量。

在海岸线提取框架的有效性评估方面，研究采用了4个像素的误差阈值作为准确性的评估标准，以考虑遥感数据的固有不确定性。这一标准在沿海区域变化显著或影像质量较差的地区可能适用性有限，因此研究对这些区域进行了特别关注，并采用多源数据交叉验证的方法提高数据的可靠性。

研究结果表明，中国海岸线在过去40年间总体呈现向海推进的趋势，其中约66.57%的海岸线经历了向海扩展。然而，在沿海建设强度较低的时期，如1985年至1990年以及2015年至2024年，某些区域的侵蚀速率可能接近或超过全球平均水平。研究还发现，沿海挤压的风险在经济发达的沿海城市尤为突出，其中海洋生态系统面临最高的风险，其次是陆地生态系统和社会系统。这一发现为准确的海岸线提取提供了理论支持，并为可持续的沿海管理提供了实际指导，对政策制定、海岸线规划和生态系统风险缓解具有重要意义。

通过系统地分析沿海挤压的时空变化，本研究不仅揭示了沿海区域的演变趋势，还评估了不同情景下的风险模式。这些分析结果有助于更全面地理解沿海挤压对多系统的影响，并为未来沿海管理提供科学依据。此外，研究还强调了在风险评估中纳入海洋生态系统的重要性，以实现对沿海挤压影响的综合分析，从而促进更有效的生态管理和政策制定。