卫星与实地测量大比拼！40年卫星数据揭示海岸线变化 |海潮天下讯

海岸线变化趋势竟然如此一致！

本文来源于海潮天下（Marine Biodiversity）

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近年来，随着气候变化和海平面上升的威胁愈加严重，科学家们对沿海地区变化的监测变得尤为重要。传统的海岸线测量方法虽然能够提供高质量的数据，但由于其高昂的成本和有限的地理覆盖，无法满足快速变化的需求。相比之下，卫星遥感技术的出现为海岸线监测带来了新的机遇。

海潮天下（Marine Biodiversity）小编注意到，美国地质调查局（USGS）近期开展了一项研究，比较了近40年卫星导出的海岸线数据与传统海岸线测量方法，结果显示，尽管卫星数据存在一定的不确定性，但从长远来看，卫星数据能够准确反映海岸线的变化趋势，与传统的实地调查结果高度地一致。这份报告已经于近日公开发布。

▲上图：横跨美国本土、阿拉斯加和波多黎各岛五个研究地点的地图，并附有对每个地点海岸环境背景的描述。图片来源：公域/usgs

这项研究的重点在于评估卫星导出的海岸线（SDS）在长期监测中的准确性。传统的海岸线测量依赖于现场测量、航拍照片和激光雷达等技术，这些方法虽然能够提供高质量的结果，但成本高昂、采样频率低且仅限于特定区域。与此不同，卫星能够以几天为间隔覆盖全球海岸线，提供前所未有的时间和空间覆盖范围。然而，长期以来，关于卫星导出的海岸线数据是否足够准确以支持沿海研究和灾害规划的问题一直存在。

为了验证卫星数据的准确性，USGS的科学家使用了一个名为CoastSeg的浏览器工具，该工具能够自动检测并绘制卫星图像中的海岸线。研究团队利用该工具分析了1984~2023年间的数据，涵盖了美国不同沿海地区的多种环境，从大西洋的沙滩到太平洋的动态海岸线，并与传统的海岸线数据进行对比。结果表明，单一的卫星数据点存在较大的不确定性，主要受图像质量、波浪影响和潮汐变化的干扰。然而，当这些数据被聚合在几十年的时间跨度内时，所得到的海岸线变化趋势与传统方法获得的数据高度吻合。

▲上图：华盛顿州埃尔瓦河三角洲（Elwha Riverdelta）两个关键断面（transect）的岸线位置差异，这些差异与季节和月份相关。图中（A）为断面14和（B）为断面2潮汐与岸线位置的对比图。此外，（C）和（D）两幅地图分别展示了1998年夏季（8月18日）断面14和冬季（12月8日）断面2的Landsat5卫星图像（来自美国地质调查局），其中岸线数据来源于Buscombe等人（2025年）的研究。图源：该报告的第29页。

USGS海洋学家、该研究的主要作者安迪·奥尼尔（Andy O'Neill）表示：“数据的数量是校准海岸线变化模型所必需的。尽管卫星数据噪声较大，但庞大的数据量能够弥补这一不足。每一个实地数据点背后，卫星提供了数十到数百个测量点，从而使统计模式从噪声中显现出来。”他指出，尽管一些误差修正方法——例如调整用于补偿潮汐影响的标量斜率——对不确定性的影响较小，但长期趋势的一致性表明，卫星数据已经足够稳定，能够支持许多科学研究和管理应用，包括识别侵蚀热点和预测未来的海岸线位置。

这项研究还提供了实际的操作指南。建立卫星数据工作流程需要相当多的前期准备——如配置软件、验证结果并根据当地沿海条件定制方法等，通常需要数周时间。然而，一旦系统建立起来，就能够在几分钟到几小时内生成新的海岸线地图，且可以在普通的桌面电脑上运行。

这些优点，让卫星导出的海岸线数据成为沿海科学工具箱中的一项有前景的补充，特别是在那些现场数据稀缺或维护成本过高的地区。研究人员强调，卫星数据不会取代传统的测量方法，而是能够填补重要的空白，帮助研究人员和规划者以以前无法实现的规模监测沿海变化。

如何基于卫星数据构建更具预见性的海岸线变化模型，以应对海洋生态系统的动态变化？这是个值得关注的方面。因为随着海平面上升和极端气候事件的增加，海岸线的变化变得更加复杂且具有不确定性。传统的海岸线变化模型大多依赖于有限的长期实地观测数据，而卫星数据的丰富时间序列为我们提供了前所未有的机会。如何利用这些大规模的数据，结合深度学习和机器学习技术，构建能够应对复杂环境变化的海岸线演变预测模型？这些模型不仅可以用于预测未来的海岸线位置，还可以模拟不同情景下的生态系统变化，尤其是海岸带生态系统的退化、侵蚀和恢复等过程，为政策制定者提供更加精准的决策依据。

声明：本文仅代表资讯，供读者参考，不代表平台观点。

信息源 | USGS

文 | 卢晓雨

编辑 | 海潮君

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