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最近40年來(lái)丁字灣潮灘表層沉積特征演變的遙感定量反演

發(fā)布時(shí)間:2020-05-27 07:26
【摘要】:在全球變化背景下,海岸帶地區(qū)必將成為生態(tài)環(huán)境研究的重點(diǎn)地區(qū),而海灣表層沉積特征的演變是對(duì)其海岸動(dòng)力、沉積機(jī)制研究的重要方面。位于黃、渤海之間的膠東半島是我國(guó)最大的半島,也是最近40年來(lái)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為迅速、人類活動(dòng)地海岸地貌改造最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一。全新世最大海侵期間,海水侵入半島內(nèi)部,淹沒(méi)上游河谷,形成許多溺谷河口—潮汐汊道式海灣。經(jīng)過(guò)數(shù)百年的填充淤積,均已發(fā)展成為廣闊的潮灘、狹窄的中央深槽以及聯(lián)系其間的復(fù)雜的潮汐汊道系統(tǒng),其中尤以丁字灣最為典型。近年來(lái),丁字灣經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,人類開(kāi)發(fā)活動(dòng)頻繁強(qiáng)烈,對(duì)海灣環(huán)境及其演變影響顯著。 本文以丁字灣為研究對(duì)象,通過(guò)野外實(shí)地采集潮灘表層沉積物及其表面實(shí)時(shí)光譜信息,在對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,建立沉積物粒度參數(shù)與光譜反射率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型,借助遙感影像來(lái)定量反演計(jì)算最近40年來(lái)丁字灣潮灘表層沉積特征。本文采集潮灘表層2cm沉積物,取晴朗狀態(tài)下實(shí)時(shí)地物光譜信息,選取平均粒徑、分選系數(shù)、粉砂和粘土含量等三個(gè)粒度參數(shù)與反射率之間分別建立多元回歸模型、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以及單一核支持向量機(jī)模型。通過(guò)對(duì)其預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)、均方誤差值的對(duì)比,選取相關(guān)系數(shù)最大、均方根誤差值最小的模型為最終的反演模型。結(jié)果表明,支持向量機(jī)模型精度最高。其中,平均粒徑和粉砂及粘土含量的相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.8,確定為最終的反演模型,并基于此對(duì)近40年來(lái)丁字灣潮灘表層沉積特征進(jìn)行反演計(jì)算。 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析表明,丁字灣表層沉積特征主要受兩個(gè)方面因素影響——入海徑流泥沙量、海灣邊界條件。1980年以前,丁字灣沉積物粒度主要受自然因素影響。這一時(shí)期,,受氣候影響五龍河處于豐水期,且上游植被破壞嚴(yán)重,梯田建設(shè)、水利工程頻繁,入海水、沙量尤其是粗顆粒物質(zhì)量都很大。因此,1980年之前表層沉積物顆粒較粗。且在1971年之前海灣受落潮不對(duì)稱控制,海灣處于凈侵蝕狀態(tài);1971年到1981年處在落潮不對(duì)稱向漲潮不對(duì)稱的轉(zhuǎn)化階段,漲潮流大于落潮流,漲潮流能量比落潮流強(qiáng),可淤積大量粗顆粒物質(zhì)在灣內(nèi),輸出細(xì)顆粒物質(zhì),海灣沉積物顆粒呈現(xiàn)變粗狀態(tài)。而1980年以后,氣候狀況發(fā)生突變,降水量顯著減少,五龍河入海水沙量顯著減少,且水庫(kù)等工程使得上游泥沙遭圍堵。因此,1980年后沉積物顆粒整體上偏細(xì)。但1980年以后,受到海灣水利設(shè)施尤其是水庫(kù)等的圍堵,再加上大面積的圍墾潮灘、興建養(yǎng)殖池等,深刻改變海灣邊界,使得海灣在1981年到1989年漲潮不對(duì)稱成都增加,潮汐汊道發(fā)生淤塞并逐漸變短變窄,漲潮流速大于落潮流速,潮灘沉積物顆粒呈現(xiàn)變粗趨勢(shì)。但經(jīng)過(guò)短暫的快速淤積、從1989年開(kāi)始直到2009年,丁字灣總體處在漲潮不對(duì)稱向落潮不對(duì)稱的轉(zhuǎn)化階段,海灣逐漸進(jìn)入沖淤變化微弱近似平衡的狀態(tài),沖淤量很小,漲、落潮流速差別也很小,因此這一階段潮灘表層沉積特征的變化也很微弱,基本處于穩(wěn)定?傊,1980年代之前,海灣主要受自然因素影響,沉積物整體較粗,且呈變粗趨勢(shì);1980年以后,自然狀態(tài)變化使沉積物明顯偏細(xì),但受到海灣邊界條件改變的影響,在整體偏細(xì)的基礎(chǔ)上,逐年出現(xiàn)變粗趨勢(shì)。 經(jīng)驗(yàn)證,對(duì)最近40年來(lái)丁字灣潮灘表層沉積特征的定量遙感反演,反演結(jié)果得到的沉積物粒度參數(shù)在變化趨勢(shì)上基本與海灣實(shí)動(dòng)力地貌演變趨勢(shì)相一致。雖不能定量描述其數(shù)量特征,但可以定性反映自然與人類活動(dòng)共同作用下丁字灣海灣動(dòng)力、沉積環(huán)境狀況演變,其變化趨勢(shì)基本符合事實(shí)。在大范圍、長(zhǎng)時(shí)間尺度的沉積特征研究方面具有一定的可行性。 但是,模型還有很多不足之處。受人為樣品采集規(guī)范性的影響,建模訓(xùn)練樣本自身就會(huì)導(dǎo)致誤差;受影像分辨率影響,混合像元現(xiàn)象普遍存在,反演結(jié)果代表的是整個(gè)像元區(qū)域的綜合值,不能精確到各區(qū)域準(zhǔn)確值或沉積物類型;受大氣等外界環(huán)境影響,影像前期的校正情況也會(huì)影響模型準(zhǔn)確性。此外,由于地理環(huán)境區(qū)域性的制約,模型的普適性還是相對(duì)較差,不同區(qū)域可能會(huì)建立差別較大的模型。但隨著遙感技術(shù)以及定量遙感算法的不斷發(fā)展,對(duì)表層沉積特征的定量遙感反演必將成為海灣動(dòng)力、地貌、沉積研究的一條新的有效途徑。
【圖文】:

位置圖,膠東半島,膠萊


圖 2.1 研究區(qū)位置圖位于膠萊河以東的膠東半島(119°33’~122°42’E,36°16’~38°24’N)是我國(guó)最大的半島,其東、南、北三面環(huán)海,西北臨渤海,東北和南部臨黃海,西與華北平原相接,面積 3.4 萬(wàn)平方千米,是我國(guó)面積最大的半島[106]。膠東半島岸線曲折,港灣、岬角交錯(cuò),島嶼羅列,是華北沿海良港集中地區(qū)。膠州灣的青島芝罘灣的煙臺(tái)、威海灣的威海、石島灣的石島和龍口等均為中國(guó)著名港口[20]。膠東半島地勢(shì)南北高、中部低,區(qū)域構(gòu)造基礎(chǔ)為膠北隆起、膠萊坳陷和膠南隆起三部分[107],在地貌上表現(xiàn)為經(jīng)長(zhǎng)期剝蝕的低緩山地丘陵與平原相間的景觀,丘陵海拔多在 500 米以下。本區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)氣候,四季分明,夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥。該區(qū)多短小季節(jié)性山溪河流,多年平均年徑流量一般為 100~300m3,由東南向西北遞減,降水多集中在夏季(6~9 月份),且降水強(qiáng)度大,常出現(xiàn)暴雨,多年平均年降水量一般為 600~900mm,雨季徑流量占全年徑流量的 84%~86%,徑流的年際變化劇烈[106]。其中,大沽河、東五龍河、乳山河、母豬河、白沙河等河上游

反射率曲線,反射率曲線


方位、高度角發(fā)生變化時(shí),都需要對(duì)光譜儀的參考值及背景值進(jìn)行重新測(cè)定,才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3.1.2 光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理愛(ài)萬(wàn)提斯自動(dòng)光譜測(cè)量?jī)x可自動(dòng)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行最基本的校正,主要包括:原始數(shù)據(jù)輻射強(qiáng)度中暗電流去除,各光譜數(shù)據(jù)通道的增益校準(zhǔn),波長(zhǎng)訂正等。但是由于光譜儀在不同波長(zhǎng)通道對(duì)能量響應(yīng)存在差異,且野外采集光譜時(shí)不可能存在完全理想的環(huán)境條件,因此光譜曲線仍然存在一些噪聲。為盡可能降低噪聲,得到真實(shí)平穩(wěn)的光譜曲線,需要對(duì)原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑去噪處理。常用的平滑處理方法有移動(dòng)平均法、靜態(tài)平均法、傅里葉級(jí)數(shù)近似等。本文采用 5 步平均法對(duì)光譜曲線進(jìn)行平滑去噪,消除了部分過(guò)于極端的高頻數(shù)據(jù),得到的光譜曲線為原來(lái)曲線的概略趨勢(shì),使光譜數(shù)據(jù)更為平穩(wěn),確保所建的反演模型預(yù)測(cè)結(jié)果更為精確。
【學(xué)位授予單位】:魯東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2013
【分類號(hào)】:P737.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào):2683176

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