Variations of shoreline and land use in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area from 1989 to 2021
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摘要:
利用1989—2021年7期Landsat TM/Sentinel-2 MSI遥感影像数据，借助Google Earth Engine（GEE）平台，使用改进归一化差异水体指数（Modified Normalized Difference Water Index，MNDWI）、Canny边缘检测算法、遥感解译分类方法等，完成了粤港澳大湾区7期海岸线信息的提取，并从海岸线长度、变化强度、岸线多样性、海岸带陆域面积变化以及海岸带土地利用变化等方面分析了海岸线时空变化特征和驱动因素。分析结果表明：①1989—2021年大湾区海岸线长度持续增加，岸线变化强度具有阶段性，2004年以前岸线增长缓慢，之后岸线增长较快，2004—2009年为岸线增长高峰期；②研究时期内，大湾区各个区域内的岸线都发生了一定的变化，其中珠海、香港、深圳、澳门岸线变化最强烈，其他地区相对稳定；③研究区内岸线类型变化明显，人工岸线逐渐取代自然岸线成为海岸线的主体，人工岸线增长达651.17 km，增幅较高，自然岸线减少407.89 km；④大湾区围海造地面积显著增加，增长速率较快，岸带土地利用类型由林地、草地、水域等大幅度转向为建设用地、养殖用地；⑤围海养殖、港口码头和填海造地等人为活动是大湾区海岸线发生变化的主要原因，自然环境条件、人为活动是岸线演变的重要驱动力。
Abstract:Using 7 periods of the Landsat TM/Sentinel-2 MSI remote sensing image data from 1989 to 2021 with the help of Google Earth Engine (GEE) platform, we extracted 7 periods of shoreline information from Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area using the Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI), Canny edge detection algorithm, and remote sensing interpretation classification method. The spatial and temporal characteristics and drivers of shoreline evolution were analyzed in terms of shoreline length, intensity of change, shoreline diversity, shoreline land area change, and shoreline land use change. The results show that: ① The shoreline length of the Greater Bay Area continued to increase from 1989 to 2021, with the total increase of 243.28 km. The variation intensity of shoreline evolution was in phase: slow growth before 2004, and fast growth after 2004 during which 2004—2009 was the fastest period. ② The shorelines in each region of the Greater Bay Area varied to some extents, of which Zhuhai, Hong Kong, Shenzhen and Macao had the greatest shoreline changes while other regions were relatively stable. ③ From 1989 to 2021, the shoreline types changed significantly as artificial shorelines grew notably, which gradually replaced the natural shorelines as the main body of shorelines. The artificial shorelines were increased by 651.17 km in total at the high rate of 172.21%, while the natural shorelines were decreased by 407.89 km. ④ During the study period, the area of land was extended significantly in the Greater Bay Area by 492.80 km2 with a fast growth rate of 15.4 km2/a, and the type of land use in the shore zone shifted remarkably from forest land, grassland, and water to construction land and farming land. ⑤ Human activities such as sea-farming, port construction, and land reclamation were the main causes of shoreline changes in the Greater Bay Area; and the natural environmental conditions and anthropogenic activities were the important drivers of shoreline evolution in the Greater Bay Area.
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表 1 粤港澳大湾区1989—2021年7期遥感影像
Table 1. Remote sensing images of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area from 1989 to 2021
序列号 影像类型 时间 分辨率/m 特征 1 Sentinel-2 MSI 2021-07-12 10 无云、精纠正 2 Sentinel-2 MSI 2016-07-05 10 云量＜5%、精纠正 3 Landsat5 TM 2009-05-06 30 云量＜5%、精纠正 4 Landsat5 TM 2004-07-17 30 云量＜5%、精纠正 5 Landsat5 TM 1999-08-04 30 云量＜5%、精纠正 6 Landsat5 TM 1994-05-19 30 云量＜5%、精纠正 7 Landsat5 TM 1989-07-10 30 云量＜5%、精纠正 
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表 2 粤港澳大湾区海岸线解译标志
Table 2. Interpretation marks of coastline in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area
一级分类 二级分类 特征 人工岸线 围垦养殖岸线 围垦养殖区在遥感影像上一般呈规则的长条状，围垦养殖包括种植、盐田以及围海养殖等。其中，盐田呈小型方块状，在有水情况下，盐田池在视觉上类似于裸地，为灰色或灰白色；围海养殖区颜色较深，为深蓝色或天蓝色 建设围堤岸线 主要为人工修筑的建筑物，包括港口码头、大坝、城镇建设和道路建设的围堤。工程建设岸线呈长条状，在影像上比较亮，人工建筑向海一侧为工程建设岸线 自然岸线 基岩岸线 由坚硬、裸露的岩石组成，主要特征是地势陡峭、岸线曲折绵延、滩沙狭窄，周围地形常为山地，且基本没有植被 沙砾质岸线 在遥感影像上表现为反射率高，颜色亮白，有明显的滩脊痕迹线 河口岸线 河口岸线分布于河流入海口，一般由海向陆遇到的第一条道路、桥梁等人工建筑物视为河口岸线。 淤泥质岸线 在遥感影像上，淤泥质岸线为植物稀疏程度的分界线，植被生长茂密的一侧呈现红色或暗红色，没有植被的一侧，颜色较浅
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表 3 1989—2021年各类型海岸线占比
Table 3. Proportion of various types of coastline from 1989 to 2021
岸线类型 所占比例/% 1989年 1994年 1999年 2004年 2009年 2016年 2021年 自然岸线 河口岸线 7.38 6.95 6.77 6.51 5.90 5.76 5.50 基岩岸线 35.45 32.84 31.41 29.30 26.44 23.32 22.53 沙砾质岸线 4.67 3.93 3.71 3.34 2.62 2.50 1.98 淤泥质岸线 29.01 24.23 22.22 20.80 16.50 15.77 14.46 合计 76.52 67.95 64.12 59.94 51.46 47.35 44.47 人工岸线 建设围堤岸线 11.44 16.92 18.59 20.24 24.69 28.05 33.11 围垦养殖岸线 12.04 15.13 17.29 19.82 23.84 24.60 22.42 合计 23.48 32.05 35.88 40.06 48.54 52.65 55.53
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表 4 各时期沿海区域土地侵蚀/扩张面积
Table 4. Land erosion or expansion of coastal area in each time period
地区 各时期侵蚀/扩张面积/km2 1989—1994年 1994—1999年 1999—2004年 2004—2009年 2009—2016年 2016—2021年 江门侵蚀 1.44 1.62 1.88 2.30 4.76 1.05 江门扩张 27.33 29.13 17.95 10.41 17.82 6.94 珠海侵蚀 3.34 1.92 2.77 2.50 1.56 0.99 珠海扩张 27.08 48.98 18.28 61.70 33.45 2.92 澳门侵蚀 0.06 0.24 0.09 0.65 0.16 0.13 澳门扩张 2.89 1.34 2.28 1.89 8.55 0.14 中山侵蚀 1.19 0.39 0.32 0.63 0.40 0.40 中山扩张 1.94 6.92 13.25 0.67 0.96 0.97 广州侵蚀 0.41 1.60 0.67 0.48 1.06 1.08 广州扩张 13.81 10.76 2.00 0.98 0.85 1.05 东莞侵蚀 0.39 0.93 2.34 0.51 0.55 0.12 东莞扩张 7.38 3.06 5.72 0.41 1.33 0.87 深圳侵蚀 1.62 2.42 1.48 1.58 3.32 1.35 深圳扩张 14.01 18.65 24.32 15.48 6.42 6.86 香港侵蚀 3.91 1.59 1.48 8.24 4.75 1.11 香港扩张 10.93 5.62 18.39 2.36 13.70 5.21 惠州侵蚀 2.71 4.96 4.29 3.78 0.84 0.68 惠州扩张 11.28 4.89 4.90 3.94 21.15 3.72
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表 5 研究区内土地分类精度
Table 5. Accuracy of land classification in the Greater Bay Area from 1989 to 2021
年份 总体分类精度/% Kappa系数 1989 90.725 7 0.887 4 1994 91.334 6 0.892 1 1999 90.867 2 0.886 7 2004 92.110 3 0.903 2 2009 93.472 3 0.916 3 2016 94.362 5 0.927 1 2021 94.781 4 0.938 4
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表 6 1989—2021年大湾区海岸带各土地利用类型面积及比例
Table 6. Area and proportion of various land use types in the coastal zone of the Greater Bay Area from 1989 to 2021
年份 建设用地 林地 水域 耕地 草地 养殖用地 面积/km2 百分比/% 面积/km2 百分比/% 面积/km2 百分比/% 面积/km2 百分比/% 面积/km2 百分比/% 面积/km2 百分比/% 1989 610.70 7.11 3 326.97 38.74 786.86 9.16 1 144.81 13.33 2 054.61 23.92 664.98 7.74 1994 1 288.59 15.00 3 194.52 37.19 708.60 8.25 1 513.67 17.62 1 214.35 14.14 669.20 7.79 1999 1 912.82 22.27 3 079.82 35.86 548.61 6.39 1 333.38 15.52 1 032.15 12.02 682.15 7.94 2004 1 988.04 23.15 3 008.60 35.03 528.70 6.16 1 399.93 16.30 940.34 10.95 723.32 8.42 2009 2 018.70 23.50 2 962.96 34.50 505.56 5.89 1 408.54 16.40 918.02 10.69 775.15 9.02 2016 2 125.53 24.75 2 921.97 34.02 499.02 5.81 1 423.95 16.58 823.88 9.59 794.58 9.25 2021 2 437.53 28.38 2 676.79 31.17 483.74 5.63 1 396.96 16.26 788.66 9.18 805.25 9.38
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图(7)
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