[精品]《海岸线变化的国家评价：美国墨西哥湾海岸线的历史变化与

[精品]《海岸线变化的国家评价：美国墨西哥湾海岸线的历史变化与 《海岸线变化的国家评价:美国墨西哥湾海岸线的历史变化与海岸带土地 损失》译文连载二 岸线变化的分析方法 历史海岸线的汇编 数十年来，大学和政府机构的海岸带科学家一直在进行岸线运动和海岸带变化的定量研究。在GPS 和激光雷达技术之前，关于历史岸线的信息来源主要是NOAA的“T类地形图”(NOAA Topographic Sheets, 简称T-sheets, 见Shalowitz,1964)和航空照片。从该类数据源中抽取岸线位置并数字化时，不可避免地还包含地图与航片本身的地理坐标误差和飞行畸变(geo-referencing and removing distortions)。根据海岸带位置、数据来源及科学选择，不同的岸线位置指标(替代性参数)被用于标示包括高水位线(HWL，见Shalowitz, 1964)、湿,干界线(wet-dry line)、植物分布边界、沙丘基足及其脊部(沙脊)位置、沙滩前缘位置、悬崖底部和顶部(位置)以及平均高水位线(MHWL)在内的海岸带变化。 1 本报告引用的据“T类地形图”和航片获得的长期历史岸线变化的区域性分析数据 区域 参考文献 ab湾区各州 Dolan et al., 1985; 海岸带侵蚀分委员会，1996 Clark,1991; Dean et al., 1998 西佛罗里达 Hardin et al., 1976; Sanchez and Douglass, 1994 阿拉巴马 Waller and Malbrough, 1976; Byrnes et al., 1991 密西西比 Morgan and Larimore, 1957; McBride et al., 1992 路易斯安那 Morton, 1997a; Paine and Morton, 1989; Morton, 1997 德克萨斯 a前期海岸带变化数据的搜集由其它研究者提供 b由各州提供的变化速率 除了据激光雷达数据提供现代岸线位置之外，USGS岸线变化国家评价项目涵盖了从以往数据中获得的历史岸线位置。众多组织机构和独立研究者已经向USGS提供了数字岸线数据(表2)。 表2 湾区各州历史岸线的提供者和原始资料出处 州 组织机构 原始数据出处 空间范围 德克萨斯 德克萨斯大学(奥斯汀)经NOAA“T类地形图”，航片，海岸带全部 济地质局 激光雷达 路易斯安那 新奥尔良大学地质地理系 NOAA“T类地形图”，航片 海岸带全部 阿拉巴马 南阿拉巴马大学工程地质系 “T类地形图” Morgan要塞至湾区海岸 NOAA海岸带服务中心 扫描NOAA“T类地形图” 海豚岛 NOAA Vectorization项目 NOAA“T类地形图” 海岸带全部 密西西比地质办公室 照片与地形图海岸线 海豚岛，Morgan要塞 密西西比 密西西比地质办公室 照片与地形图海岸线 海岸带全部 NOAA Vectorization项目 NOAA“T类地形图” 海岸带全部 佛罗里达 环境保护处 NOAA“T类地形图” 海岸带全部 Egmont Key Pinellas县公共事务局 NOAA“T类地形图” NOAA Vectorization项目 NOAA“T类地形图” Panhandle: Escambia至海湾县 西海岸:Pinellas至李县(Lee County) 为了在国家层面上保持数据的一致性，选择四个时段—19世纪中晚期、1920,1930年代、1970年代和1998年以后—的岸线进行分析(不考虑现存资料来源中可利用岸线的数目)，至于数据缺失岸段，则依靠对NOAA Vectorization项目提供的“T类历史地形图”扫描加以弥补。 湾区各州上述四个时段的岸线位置被尽可能互相衔接地编辑出来。表3开列了各州四个时段岸线所跨越的年份。几个重要的例外包括(1)佛罗里达第二时段至1953年，(2)阿拉巴马第二时段至1957年，(3)密西西比第三时段仅为1986,1987。西佛罗里达的一小部分岸段是1957年测定的; 1 - - 另外几个岸段在上述四个时段的岸线数据缺失，只能以1940年代早期的资料代替。阿拉巴马州海豚岛最西端8km岸段1917年的资料未采用，原因是该岛曾被1917年风暴严重破坏。为此，用1957年岸线代替。同样，密西西比州因1970年代岸线数据确失，而用1980年代的代替。 现代海岸线的确定(激光雷达法) 1998以后，本项国家评价采用的最新的海岸线，是从激光雷达(light detection and raging, lidar)数据中提取的。1997年以来，USGS与NASA合作，通过NASA航空地形制图(Airbone Topographic Mapper, ATM)绘制沿海地区的地形图(Krabill et al., 2000; Sallenger et al., 2003)。ATM通过一个椭圆形旋转的蓝绿色激光器测定地表高程。全球定位系统(global positioning system, GPS)和惯性航海系统联合校正飞机的高度位置、地形起伏和航向，提供精度?15cm的地表高程数据(Sallenger et al., 2003)。本报告中，用以确定海岸线的绝大多数激光雷达调查是在2001年进行的(表3)。这其中包括NASA的调查及由德克萨斯大学奥斯汀校区经济地质局提供的德克萨斯海岸带的附加的激光雷达数据(表2)。 表3 四个时段的具体时间范围 选定时段 州 19世纪中后期 1920,1930年代 1970年代 1998年以来 佛罗里达 1855,1895 1926,1953 1976,1979 1998,2001 阿拉巴马 2001 1849,1867 1918,1957 1978,1981 密西西比 1850 1917 2001 1986,1987 路易斯安那 1855,1887 1922,1934 1973,1978 2001 德克萨斯 1850,1883 1930,1938 1970,1975 2000,2001 表4用于计算平均高水位高程的验潮站一览 验潮站名称 NAVD88以上的MHW (m) MHW的平均值(m) 0.281 Corpus Christi, 德克萨斯 0.369 0.37 Galveston Pleasure Pier, 德克萨斯 0.468 Grand lsle, 路易斯安那 0.318 Gulfport Harbor, 密西西比 0.24 Dauphin lsland, 阿拉巴马 0.22 Navarre Beach, 佛罗里达 0.216 0.23 St. Andrews State Park, 佛罗里达 0.18 Mexico Beach, 佛罗里达 0.16 Cape San Blas, 佛罗里达 0.27 Alligator Point, 佛罗里达 0.17 Baileys Bluff, 佛罗里达 0.14 Clearwater Beach, 佛罗里达 0.09 Indian Rocks Beach, 佛罗里达 0.065 0.09 St. Petersburg Beach, 佛罗里达 0.067 Venice, 佛罗里达 0.024 Captiva lsland, 佛罗里达 0.09 Naples, 佛罗里达 0.11 Marco lsland, 佛罗里达 为了能够与历史海岸线进行比较，通过Stockdon et al.(2002)发展的方法，从激光雷达数据中提取出MHW(平均高水位)海岸线(图1)。海岸线位置是通过一系列垂直岸线的激光雷达剖面获得的，每条剖面的激光带宽度2,4m、两条相邻剖面的距离20m。最小平方线性回归线通过每条剖面上的那一组平均高潮数据点(表4，并参考图1a圈定的紫色点代表的MHW位置—译者注)并终止于向海倾斜的前滨位置。然后，通过回归公式确定平均高潮线与剖面的水平交点，从而推导出剖面中的海岸线位置。在相间20m的连续剖面上重复此一过程，即可获得连续的海岸线。 为了确定所选定的MHW高程，湾区海岸带被划分为3个亚区。对每个亚区而言，选定MHW的高程，指的是从一个独立的开放海区或近开放海区的多个验潮站获得的MHW高度的平均值。每个亚区的验潮站和MHW的高度见表4。通过激光雷达获得的MHW岸线与特许的土地调查(licensed 2 - - land surveyor)获得的MHW岸线不同，这是因为激光雷达确定的MHW高程，是数个验潮站的MHW高程的平均值。此外，由激光雷达获得的岸线仅作为研究岸线变化的参考项，而不是法定的(海,陆)边界线。 湿地通常不是获取激光雷达岸线的合适地区，因此，诸如南佛罗里达的红树林沼泽、佛罗里达的Big Bend盐沼和密西西比三角洲的大部分地区不包括在海岸线变化分析之内。同样地，西佛罗里达从Romano角到Sanibel岛的沙质海滩和路易斯安那西南部的贝壳堤平原也不包含在岸线分析之列。今后，当这些地区具备可靠的激光雷达数据时，未来的报告将进行岸线变化分析，并通过互联网进行数据更新。 地理信息系统(GIS)方法 每个选定时段的数字岸线均采用ESRI ArcView图形文件编辑，并且进行质量评估。采用NOAA“T类地形图”索引，可以检索每一时段被标定出来的岸线空白区是否有该类图件、及可资利用的程度。可向NOAA索要以TIF格式扫描的“T类地形图”。 图1 北卡罗来纳州Kitty Hawk区激光雷达剖面实例(1977年9月26日):(a) 垂直岸线的整个激光雷达剖面; (b) 前滨放大图。(a) 水面对激光的反射作用，导致从350m处开始向海方向出现噪声背景，紫色数据点位于平均高潮线上、下0.5m范围内。(b) 星号表示垂直岸线的激光雷达剖面穿过海岸线时的确切位置，水平误差可信度95%左右。据Stockdon等(2002)。 在已选择的“T类地形图”上按其经纬网布设至少6个地面井网控制点(GCPs)，通过Erdas地理图像编辑软件对“T类地形图”加以校正。有些1930年以前的“T类地形图”，还需附加的坐标转换，即从NOAA的“美国坐标系”(United States Standard Datum, USSD)转化为“1927年北美坐标系”(North America Datum, NAD27)。在校正之前，坐标转换被应用于“T类地形图”的经纬网上。校正过程的总平方根(RMS)误差保持在1个象素以下，在1:20,000图上约相当于4m、在1:10,000图上相当于1.5m。一般而言，实际的平方根比1个象素要低得多。新的坐标转换后的“T类地形图” 3 - - 通过ArcView进行处理，并且对岸线进行数字化。已经矢量化的岸线数据，最后要转换为1983年北美坐标系(NAD83)的通用横轴墨卡托(the Universal Transverse Mercator, UTM)投影。 上述4个不同时段内所有来源的岸线数据，被综合为以州为单位的4条单一岸线。最终获得的岸线具备6个属性单元—图号、类型、时间、基本描述、出处和精确度，这是依据数字岸线分析系统(Digital Shoreline Analysis System, DSAS)计算岸线变化速率的基础。属性还包括原始调查年份和数据来源。 (王 福、商志文译，王 宏校) 4 - - 5 - - 6 - -