衛星與實地測量大比拼！40年衛星數據揭示海岸線變化 |海潮天下訊

海岸線變化趨勢竟然如此一致！

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重，科學家們對沿海地區變化的監測變得尤為重要。傳統的海岸線測量方法雖然能夠提供高質量的數據，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，衛星遙感技術的出現為海岸線監測帶來了新的機遇。

海潮天下（Marine Biodiversity）小編注意到，美國地質調查局（USGS）近期開展了一項研究，比較了近40年衛星導出的海岸線數據與傳統海岸線測量方法，結果顯示，盡管衛星數據存在一定的不確定性，但從長遠來看，衛星數據能夠準確反映海岸線的變化趨勢，與傳統的實地調查結果高度地一致。這份報告已經于近日公開發布。

▲上圖：橫跨美國本土、阿拉斯加和波多黎各島五個研究地點的地圖，并附有對每個地點海岸環境背景的描述。圖片來源：公域/usgs

這項研究的重點在于評估衛星導出的海岸線（SDS）在長期監測中的準確性。傳統的海岸線測量依賴于現場測量、航拍照片和激光雷達等技術，這些方法雖然能夠提供高質量的結果，但成本高昂、采樣頻率低且僅限于特定區域。與此不同，衛星能夠以幾天為間隔覆蓋全球海岸線，提供前所未有的時間和空間覆蓋范圍。然而，長期以來，關于衛星導出的海岸線數據是否足夠準確以支持沿海研究和災害規劃的問題一直存在。

為了驗證衛星數據的準確性，USGS的科學家使用了一個名為CoastSeg的瀏覽器工具，該工具能夠自動檢測并繪制衛星圖像中的海岸線。研究團隊利用該工具分析了1984~2023年間的數據，涵蓋了美國不同沿海地區的多種環境，從大西洋的沙灘到太平洋的動態海岸線，并與傳統的海岸線數據進行對比。結果表明，單一的衛星數據點存在較大的不確定性，主要受圖像質量、波浪影響和潮汐變化的干擾。然而，當這些數據被聚合在幾十年的時間跨度內時，所得到的海岸線變化趨勢與傳統方法獲得的數據高度吻合。

▲上圖：華盛頓州埃爾瓦河三角洲（Elwha Riverdelta）兩個關鍵斷面（transect）的岸線位置差異，這些差異與季節和月份相關。圖中（A）為斷面14和（B）為斷面2潮汐與岸線位置的對比圖。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衛星圖像（來自美國地質調查局），其中岸線數據來源于Buscombe等人（2025年）的研究。圖源：該報告的第29頁。

USGS海洋學家、該研究的主要作者安迪·奧尼爾（Andy O'Neill）表示：“數據的數量是校準海岸線變化模型所必需的。盡管衛星數據噪聲較大，但龐大的數據量能夠彌補這一不足。每一個實地數據點背后，衛星提供了數十到數百個測量點，從而使統計模式從噪聲中顯現出來。”他指出，盡管一些誤差修正方法——例如調整用于補償潮汐影響的標量斜率——對不確定性的影響較小，但長期趨勢的一致性表明，衛星數據已經足夠穩定，能夠支持許多科學研究和管理應用，包括識別侵蝕熱點和預測未來的海岸線位置。

這項研究還提供了實際的操作指南。建立衛星數據工作流程需要相當多的前期準備——如配置軟件、驗證結果并根據當地沿海條件定制方法等，通常需要數周時間。然而，一旦系統建立起來，就能夠在幾分鐘到幾小時內生成新的海岸線地圖，且可以在普通的桌面電腦上運行。

這些優點，讓衛星導出的海岸線數據成為沿海科學工具箱中的一項有前景的補充，特別是在那些現場數據稀缺或維護成本過高的地區。研究人員強調，衛星數據不會取代傳統的測量方法，而是能夠填補重要的空白，幫助研究人員和規劃者以以前無法實現的規模監測沿海變化。

如何基于衛星數據構建更具預見性的海岸線變化模型，以應對海洋生態系統的動態變化？這是個值得關注的方面。因為隨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雜且具有不確定性。傳統的海岸線變化模型大多依賴于有限的長期實地觀測數據，而衛星數據的豐富時間序列為我們提供了前所未有的機會。如何利用這些大規模的數據，結合深度學習和機器學習技術，構建能夠應對復雜環境變化的海岸線演變預測模型？這些模型不僅可以用于預測未來的海岸線位置，還可以模擬不同情景下的生態系統變化，尤其是海岸帶生態系統的退化、侵蝕和恢復等過程，為政策制定者提供更加精準的決策依據。

聲明：本文僅代表資訊，供讀者參考，不代表平臺觀點。

信息源 | USGS

文 | 盧曉雨

編輯 | 海潮君

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