下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
河口海岸是地球上三大圈层（水圈、土壤圈和大气圈）的重要过渡带，其生态环境状况深刻而广泛地影响着社会和自然环境中的诸多方面。悬浮泥沙是河口海岸生态环境的重要影响要素之一，精确高效监测水体悬浮泥沙含量、分析其时空变化特征，对河口海岸资源及生态环境的监测和保护，生物多样性、物质循环、全球变化以及可持续发展等多方面的研究都有重大作用和意义。本书建立了一种精度高、鲁棒性好的悬浮泥沙定量遥感反演模型，并结合 1987—2015 年的Landsat卫星长时间序列遥感影像数据，反演并分析了珠江、漠阳江和韩江河口海岸区域悬浮泥沙含量的空间格局特征、时序演变规律，探索了相关环境因素对悬浮泥沙含量时空变化的影响作用。
（1）建立了QRLTSS悬浮泥沙定量遥感反演模型。既有的水体悬浮泥沙定量遥感研究的模型多具有区域性和季节性特点，通用的模型相对较少。为了建立一种适用于多个河口海岸、悬浮泥沙含量差异显著的Landsat遥感反演模型，本书基于我国5个河口海岸区域的实测水体光谱和采样数据（2006—2013年，119组），在对既有大量悬浮泥沙遥感反演模型重新校验验证的基础上，通过优化和改进，建立了一个基于悬浮泥沙含量对数转换与近红外、红光波段反射率对数转换后比率的二次函数悬浮泥沙模型（QRLTSS）。相对于既有的Landsat悬浮泥沙遥感反演模型，QRLTSS模型适用于多个河口海岸、悬浮泥沙含量变化显著的区域，精度更高。QRLTSS模型决定系数约为0.72（TSS:4.3~577.2mg/L,N=84），验证均方根误差（RMSE）优于25mg/L （TSS:4.5~474mg/L,N=35）。
（2）QRLTSS模型遥感应用精度验证。基于Landsat遥感影像反演的珠江、漠阳江和韩江河口海岸区域的悬浮泥沙含量与同步/准同步的现场实测结果有很好的一致性（TSS:7~160mg/L,RMSE:11.06mg/L,MRE:24.1%,N=22），表明QRLTSS模型具有较高的遥感精度和很好的鲁棒性。此外，本书基于同步的EO -1 Hyperion影像对QRLTSS模型做了进一步验证，结果显示，在浓度悬浮泥沙含量较高区域（珠江口—伶仃洋，TSS:106~220.7mg/L,N=13）,QRLTSS模型同样具有很高的验证精度（RMSE:26.66mg/L,MRE:12.6%）。
（3）珠江口悬浮泥沙浓度时空演变规律。珠江口Landsat卫星影像（1987—2015年，112景）的反演结果表明，珠江口悬浮泥沙含量空间格局变化显著（TSS:3.37~469.5mg/L）；受东四口门径流和潮汐的共同影响，珠江口自西北（223.7mg/L）向东南（51.4mg/L）方向上，悬浮泥沙含量逐渐降低，平均每千米降低5.86mg/L。季节规律如下。
1）洪季：①近30年以来，珠江口三滩两槽区域悬浮泥沙含量都具有显著的5~8年周期振荡变化，这种周期变化与珠江流域降雨周期变化的响应一致；②1987—2015年间，在珠江口区域，西部浅滩和西槽区域悬浮泥沙含量呈现出五个完整的变化周期，各个周期的时间转换节点分别为 1988 年、1994 年、1998 年、2003 年、2010 年和2015年；③中部浅滩、东槽、东部浅滩和珠江口中华白海豚国家级自然保护区（以下简称“白海豚保护区”）则只呈现出4个显著的周期变化（1994—1998—2003—2010—2015 年）；④同时，研究发现1987—2015年间珠江口“三滩两槽”五个区域悬浮泥沙含量都呈现出显著的下降趋势，平均每年降低5.7~10.1mg/L，主要原因是该时期珠江流域上游大坝建设的蓄水拦沙作用；⑤2003年以前，白海豚保护区悬浮泥沙含量没有明显变化趋势，但是，自2003年6月白海豚保护区升级为国家级自然保护区后，悬浮泥沙含量显著降低，平均每年减少9.7mg/L。上述珠江口悬浮泥沙含量的周期和趋势变化规律表明，流域人类活动对河口悬浮泥沙的长期变化趋势有显著影响，但对其周期变化规律影响很小，这说明珠江口悬浮泥沙含量的周期变化是一种很强的自然规律（预示着气候和环境的周期变化，人力无法抗拒）。
2）枯季：珠江口悬浮泥沙含量无显著的变化规律，仅西槽和中部浅滩区域悬浮泥沙含量呈现微弱的升高趋势，平均每年增加2.1mg/L和2.9mg/L。
（4）漠阳江河口海岸悬浮泥沙含量时空演变规律。基于Landsat卫星影像（1987—2015年，37景）反演的漠阳江河口海岸悬浮泥沙含量结果可知，该区域多年平均悬浮泥沙含量变化范围为 1.58~334.7mg/L，平均值为55.83mg/L。悬浮泥沙高值区（TSS>120mg/L）在漠阳江河口西南方向的海陵大堤东侧、平冈镇和海陵镇之间的区域分布最为广泛。漠阳江河口海岸悬浮泥沙含量80mg/L等值线平均推远至距河口海岸1.6km处，最远可到离河口海岸3.4km处。漠阳江区域远离河口海岸方向上，悬浮泥沙含量呈现显著的降低趋势，变化速率约为5.18mg/（L·km）。1987—2015年，漠阳江河口海岸区域悬浮泥沙含量仅洪季出现了较弱的逐渐降低趋势，平均每年降低2.9mg/L。漠阳江河口海岸区域枯季悬浮泥沙含量一般高出洪季65mg/L，与珠江口洪、枯季悬浮泥沙含量高低情况相反。
（5）韩江河口海岸悬浮泥沙含量时空演变规律。由50景遥感影像（1987—2015年）反演结果可知，韩江河口多年悬浮泥沙含量空间差异显著，平均值为 81.4mg/L，最大值为 392.2mg/L，最小值为5.7mg/L。韩江各支流下游至入海口区域悬浮泥沙含量相对较高，发育大量“羽状锋”，特别是在各支流入海口区域，多呈“舌形态”和“喷流形态”。悬浮泥沙高含量区（TSS>120mg/L）在北溪入海口区域分布最为广泛。韩江河口海岸悬浮泥沙含量80mg/L等值线约推远至距河口海岸5.1km处，最远可到离河口海岸10km处。韩江区域远离河口海岸方向上，悬浮泥沙含量降低趋势明显，变化速率约为7.56mg/（L·km）。1987—2015 年，韩江河口海岸悬浮泥沙含量洪季、枯季均无显著的周期变化规律，但都呈现显著的年际降低趋势，悬浮泥沙含量平均每年约减少7mg/L （洪季）和6.8mg/L （枯季）。与漠阳江相似，韩江河口海岸悬浮泥沙含量枯季一般也高于洪季，平均高出约56mg/L。
（6）基于精度高、鲁棒性好的QRLTSS模型和长时间序列Landsat卫星遥感影像，对珠江、漠阳江和韩江3个河口海岸区域悬浮泥沙的空间格局和时序变化特征的分析，不仅有助于理解和把握河口海岸区域悬浮泥沙时空演变规律、认识人类活动对自然环境的影响作用，而且能提高河口、海岸和流域的管理和决策水平，促进流域可持续发展，发展新的研究方向，具有重要的理论价值和现实意义。
在本书的写作与研究开展过程中，广州地理研究所姜浩、陈修治、苏泳娴、刘尉、韩留生提出了宝贵意见与建议，陈金月、周慧、赵晶、黄浩玲、张晨、杨传训等提供了大量支持与帮助，得到了国家自然科学基金项目 （41801364）、广东省重点自然科学基金（2018B030311059）、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2019ZD0301）、广东省引进创新创业团队项目（2016ZT06D336）、广东省科学院实施创新驱动发展能力建设专项（2020GDASYL-0200104006,2019GDASYL-0301001,2020GDASYL-20200302001,2019GDASYL-0501001）、广州市科技计划项目（201806010106）和越秀区创新创业领军团队项目的资助，在此一并表示感谢！
限于作者水平和时间，书中难免会有错误、纰漏，切盼广大读者批评指正。
作者
2019年12月