基于长期遥感监测的潮滩时空演化研究：北部湾海岸带关键驱动因子分析

《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing》：Spatiotemporal evolution of tidal flats based on long-term remote sensing: an analysis of key drivers in the coastal zone of Guangxi, China

本研究针对潮滩生态系统快速退化与驱动机制不明确的问题，通过集成潮位校正与Landsat时间序列（2000-2021）数据，建立了高精度潮滩动态监测技术框架。研究发现广西北部湾潮滩面积21年间净减少80.58 km2，重心向西南迁移6.41公里，并首次通过岭正则立方回归定量识别港口货物吞吐量（R2=0.816）和海平面异常（R2=0.703）为主要驱动因子。该研究为海岸带保护修复政策制定提供了关键科学依据。

　　

潮滩作为陆地与海洋交汇的关键过渡带，不仅是维持生物多样性的重要栖息地，更是抵御风暴潮等海洋灾害的天然屏障。然而，在全球化石燃料消耗加剧和沿海经济快速发展的双重压力下，这些珍贵的生态系统正面临着前所未有的威胁。广西北部湾作为中国西南部重要的半封闭海湾，拥有长达1500公里的海岸线和多样化的潮滩类型，其演变规律对于理解人类活动与自然过程耦合作用下的海岸带响应机制具有典型意义。但长期以来，由于潮间带环境监测难度大、多时空尺度驱动因子交织等问题，该区域潮滩系统的演化规律和驱动机制仍不明确。

为破解这一难题，由Ertao Gao领衔的研究团队在《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing》上发表了最新研究成果。研究人员创新性地构建了一套融合潮位校正与多时相遥感影像的技术体系，首次实现了北部湾海岸带2000-2021年间潮滩动态的高精度监测和驱动机制的定量解析。

在研究技术方法上，团队主要突破了三个关键环节：首先，采用改进的归一化水体指数（MNDWI）结合双时相（高潮-低潮）遥感影像，通过潮位校正模型将瞬时水边线校正至年平均高潮线和低潮线，精确划定潮滩范围；其次，利用重心迁移模型分析潮滩空间格局演变特征；最后，引入岭正则化立方回归方法，综合社会经济（GDP、人口、港口吞吐量、水产养殖）和自然环境（NDVI、降水、海平面异常）七类因子，定量解析各要素对潮滩变化的贡献度。所有遥感数据均来自Landsat系列卫星（包括Landsat 5 TM、Landsat 7 ETM+和Landsat 8 OLI），覆盖2000-2021年间8个目标年份的16景影像，潮位数据来源于中国海洋信息中心。

研究结果揭示了北部湾潮滩演化的三个核心规律：

时空分布与演变特征方面：潮滩呈现典型带状分布格局，最显著变化发生在河口和面向开阔海域的中央区域。2000-2021年间，潮滩面积从482.55 km2减少至401.97 km2，净损失80.58 km2，变化率达-5.57%。空间重心向西南方向（203.45°）迁移6.41公里，其中2000-2003年迁移距离最大（8.37公里），表明人类活动对潮滩空间格局产生了深远影响。

提取精度验证显示：与全球30米潮滩数据集（GTF30）和Sentinel-2影像的交叉验证表明，该方法总体精度达93.35%，Kappa系数0.83，尤其在复杂潮沟和养殖区表现出更精细的划分能力，为长期海岸带动态分析提供了可靠数据基础。

驱动机制定量解析方面：岭正则化立方回归模型首次明确港口货物吞吐量（R2=0.816）和海平面异常（R2=0.703）为最主要驱动因子。其中港口吞吐量与潮滩面积呈显著非线性关系，当经济发展超过临界阈值后，潮滩损失急剧加速；海平面上升通过改变水动力条件和沉积物收支平衡加剧潮滩侵蚀。水产养殖（R2=0.684）和NDVI（R2=0.589）则呈现阶段性正相关，表明适量植被和养殖活动可能通过促进沉积物滞留而暂时稳定潮滩，但过度扩张将导致生态功能退化。区域GDP（R2=0.539）和人口增长（R2=0.472）的影响次之，而降水的解释力最弱（R2=0.100），凸显人类活动主导了潮滩演变进程。

讨论部分进一步指出，与长江口、黄河三角洲等沉积物输入主导的潮滩系统不同，北部湾潮滩演化更直接受控于港口建设、围垦等人类活动，这种差异凸显了区域特异性管理策略的必要性。尽管研究通过潮位插值法和岭回归增强了模型稳定性，但未来仍需融合更高频率的观测数据和多因子交互作用分析，以完善驱动机制解析框架。

该研究的创新价值在于建立了从遥感监测到机制解析的完整技术链条，不仅为海岸带生态系统适应性管理提供了科学依据，更开创了自然-社会经济多维度驱动因子定量解析的新范式。随着全球海平面持续上升和沿海开发强度加大，这项研究成果对于实现联合国可持续发展目标中的海岸带保护议题具有重要实践意义，也为中国《重要生态系统保护修复重大工程总体规划》的实施提供了关键技术支持。