海岸線變化趨勢(shì)竟然如此一致！

本文來源于海潮天下（Marine Biodiversity）

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近年來，隨著氣候變化和海平面上升的威脅愈加嚴(yán)重，科學(xué)家們對(duì)沿海地區(qū)變化的監(jiān)測(cè)變得尤為重要。傳統(tǒng)的海岸線測(cè)量方法雖然能夠提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，但由于其高昂的成本和有限的地理覆蓋，無法滿足快速變化的需求。相比之下，衛(wèi)星遙感技術(shù)的出現(xiàn)為海岸線監(jiān)測(cè)帶來了新的機(jī)遇。

海潮天下（Marine Biodiversity）小編注意到，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）近期開展了一項(xiàng)研究，比較了近40年衛(wèi)星導(dǎo)出的海岸線數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)海岸線測(cè)量方法，結(jié)果顯示，盡管衛(wèi)星數(shù)據(jù)存在一定的不確定性，但從長遠(yuǎn)來看，衛(wèi)星數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映海岸線的變化趨勢(shì)，與傳統(tǒng)的實(shí)地調(diào)查結(jié)果高度地一致。這份報(bào)告已經(jīng)于近日公開發(fā)布。

▲上圖：橫跨美國本土、阿拉斯加和波多黎各島五個(gè)研究地點(diǎn)的地圖，并附有對(duì)每個(gè)地點(diǎn)海岸環(huán)境背景的描述。圖片來源：公域/usgs

這項(xiàng)研究的重點(diǎn)在于評(píng)估衛(wèi)星導(dǎo)出的海岸線（SDS）在長期監(jiān)測(cè)中的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的海岸線測(cè)量依賴于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、航拍照片和激光雷達(dá)等技術(shù)，這些方法雖然能夠提供高質(zhì)量的結(jié)果，但成本高昂、采樣頻率低且僅限于特定區(qū)域。與此不同，衛(wèi)星能夠以幾天為間隔覆蓋全球海岸線，提供前所未有的時(shí)間和空間覆蓋范圍。然而，長期以來，關(guān)于衛(wèi)星導(dǎo)出的海岸線數(shù)據(jù)是否足夠準(zhǔn)確以支持沿海研究和災(zāi)害規(guī)劃的問題一直存在。

為了驗(yàn)證衛(wèi)星數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，USGS的科學(xué)家使用了一個(gè)名為CoastSeg的瀏覽器工具，該工具能夠自動(dòng)檢測(cè)并繪制衛(wèi)星圖像中的海岸線。研究團(tuán)隊(duì)利用該工具分析了1984~2023年間的數(shù)據(jù)，涵蓋了美國不同沿海地區(qū)的多種環(huán)境，從大西洋的沙灘到太平洋的動(dòng)態(tài)海岸線，并與傳統(tǒng)的海岸線數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，單一的衛(wèi)星數(shù)據(jù)點(diǎn)存在較大的不確定性，主要受圖像質(zhì)量、波浪影響和潮汐變化的干擾。然而，當(dāng)這些數(shù)據(jù)被聚合在幾十年的時(shí)間跨度內(nèi)時(shí)，所得到的海岸線變化趨勢(shì)與傳統(tǒng)方法獲得的數(shù)據(jù)高度吻合。

▲上圖：華盛頓州埃爾瓦河三角洲（Elwha Riverdelta）兩個(gè)關(guān)鍵斷面（transect）的岸線位置差異，這些差異與季節(jié)和月份相關(guān)。圖中（A）為斷面14和（B）為斷面2潮汐與岸線位置的對(duì)比圖。此外，（C）和（D）兩幅地圖分別展示了1998年夏季（8月18日）斷面14和冬季（12月8日）斷面2的Landsat5衛(wèi)星圖像（來自美國地質(zhì)調(diào)查局），其中岸線數(shù)據(jù)來源于Buscombe等人（2025年）的研究。圖源：該報(bào)告的第29頁。

USGS海洋學(xué)家、該研究的主要作者安迪·奧尼爾（Andy O'Neill）表示：“數(shù)據(jù)的數(shù)量是校準(zhǔn)海岸線變化模型所必需的。盡管衛(wèi)星數(shù)據(jù)噪聲較大，但龐大的數(shù)據(jù)量能夠彌補(bǔ)這一不足。每一個(gè)實(shí)地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)背后，衛(wèi)星提供了數(shù)十到數(shù)百個(gè)測(cè)量點(diǎn)，從而使統(tǒng)計(jì)模式從噪聲中顯現(xiàn)出來?！彼赋?，盡管一些誤差修正方法——例如調(diào)整用于補(bǔ)償潮汐影響的標(biāo)量斜率——對(duì)不確定性的影響較小，但長期趨勢(shì)的一致性表明，衛(wèi)星數(shù)據(jù)已經(jīng)足夠穩(wěn)定，能夠支持許多科學(xué)研究和管理應(yīng)用，包括識(shí)別侵蝕熱點(diǎn)和預(yù)測(cè)未來的海岸線位置。

這項(xiàng)研究還提供了實(shí)際的操作指南。建立衛(wèi)星數(shù)據(jù)工作流程需要相當(dāng)多的前期準(zhǔn)備——如配置軟件、驗(yàn)證結(jié)果并根據(jù)當(dāng)?shù)匮睾l件定制方法等，通常需要數(shù)周時(shí)間。然而，一旦系統(tǒng)建立起來，就能夠在幾分鐘到幾小時(shí)內(nèi)生成新的海岸線地圖，且可以在普通的桌面電腦上運(yùn)行。

這些優(yōu)點(diǎn)，讓衛(wèi)星導(dǎo)出的海岸線數(shù)據(jù)成為沿?？茖W(xué)工具箱中的一項(xiàng)有前景的補(bǔ)充，特別是在那些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)稀缺或維護(hù)成本過高的地區(qū)。研究人員強(qiáng)調(diào)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)不會(huì)取代傳統(tǒng)的測(cè)量方法，而是能夠填補(bǔ)重要的空白，幫助研究人員和規(guī)劃者以以前無法實(shí)現(xiàn)的規(guī)模監(jiān)測(cè)沿海變化。

如何基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)構(gòu)建更具預(yù)見性的海岸線變化模型，以應(yīng)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化？這是個(gè)值得關(guān)注的方面。因?yàn)殡S著海平面上升和極端氣候事件的增加，海岸線的變化變得更加復(fù)雜且具有不確定性。傳統(tǒng)的海岸線變化模型大多依賴于有限的長期實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，而衛(wèi)星數(shù)據(jù)的豐富時(shí)間序列為我們提供了前所未有的機(jī)會(huì)。如何利用這些大規(guī)模的數(shù)據(jù)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境變化的海岸線演變預(yù)測(cè)模型？這些模型不僅可以用于預(yù)測(cè)未來的海岸線位置，還可以模擬不同情景下的生態(tài)系統(tǒng)變化，尤其是海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的退化、侵蝕和恢復(fù)等過程，為政策制定者提供更加精準(zhǔn)的決策依據(jù)。

聲明：本文僅代表資訊，供讀者參考，不代表平臺(tái)觀點(diǎn)。

信息源 | USGS

文 | 盧曉雨

編輯 | 海潮君

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