量化滨海湿地植被向海扩张阈值的方法

本发明涉及生态环境保护，具体地，涉及一种量化滨海湿地植被向海扩张阈值的方法。

背景技术：

1、湿地具有重要的生态和经济价值，但在人类活动和自然灾害的双重作用下，全球海岸带备受波浪侵蚀，表现出明显的脆弱性。滨海植被如红树林、藨草/海三棱藨草、互花米草、芦苇等，在抵御海浪、控制侵蚀方面功能显著，为应对全球气候变化，缓解海平面上升危害提供了较大的福祉。

2、滨海植被随着自然演替有逐步侵占周围的生境扩张趋势。但由于全球气候变化，海平面的上升可能会逐步淹没滨海区域，限制植被扩张的趋势。常见滨海湿地绿色植被有红树林、藨草/海三棱藨草、互花米草、芦苇等。以红树林为例，植被由于生理生态因素限制，一般生长在具有一定高度的区域，此区域周期性的位于涨潮是海水浸泡和退潮出露的状态。由于光合作用和呼吸作用的限制，如果长期水淹，会导致植被的死亡，因此植被的前缘常常有部分裸露滩涂实地(裸滩)。即潮滩景观格局可以抽象为自海向陆分布植被、裸滩、海面，植被和裸滩的边界简称为植被边界，裸滩和海面的边界简称为裸滩边界。但由于陆源泥沙的冲淤，裸滩可以认为是植被的潜在生境。但由于海平面的上升，会对植被的潜在生境产生侵蚀效应，限制了植被向海扩张，如图4所示。

3、我们在定量评估植被扩张阈值，就需要综合考虑植被的扩张速率(vveg)、湿地裸滩的坡度(slopemudflat)和海平面的上升速度(vsea)，即滨海植被扩张可以定量表示为植被扩张速度、裸滩坡度、海平面上升速度的函数，据此可以计算植被的扩张极限。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种量化滨海湿地植被向海扩张阈值的方法。

2、根据本发明提供的一种量化滨海湿地植被向海扩张阈值的方法，包括如下步骤：

3、s1：获取研究区域长时间序列的影像，所述影像经预处理得到不同时期植被前缘边界和裸滩前缘边界；

4、s2：基于最小二乘，逐年拟合研究区域断面中所有岸线点到基线的距离，获得基于过程的回归趋势线，确定红树林和裸滩边缘线的水平变化速率；

5、s3：确定裸滩坡度；

6、s4：确定当地年平均海平面变化在水平方向上的速率；

7、s5：确定红树林扩展极限。

8、优选地，所述预处理为对光学影像进行去云、地理配准、辐射定标、大气校正中的至少一种。

9、优选地，所述影像为采用合成孔径雷达得到的影像。所述合成孔径雷达影像经过轨道校正、热噪声去除、辐射定标、相干滤波、地理编码、分贝化处理得到不同时期植被前缘边界和裸滩前缘边界。

10、优选地，合成孔径雷达影像经过轨道校正、热噪声去除、辐射定标、相干滤波、地理编码、分贝化处理得到不同时期植被前缘边界和裸滩前缘边界。

11、优选地，在s3中利用全球定位系统实时动态测量或者激光雷达进行现场测量，得到的高程点或者激光雷达的点云，建立数字高程模型，利用地理信息系统软件计算坡度，确定裸滩坡度。

12、优选地，在s4中首先根据当地验潮站的实测数据，得到当地海平面垂直上升速率；如果当地没有验潮站，则根据联合国政府气候变化委员会的研究，选取3种共享社会经济路径情景最低、中等、最高的年平均海平面垂直上升速率，取最低、中等、最高3个数值的算术平均值作为当地海平面垂直上升速率；再根据海平面垂直上升速率，计算得到当地年平均海平面变化在水平方向上的速率。

13、优选地，

14、v’slr＝vslr/tanθ (1)

15、其中，θ表示潮滩坡度，vs'lr表示当地年平均海平面变化在水平方向上的速率，vslr表示当地海平面的上升速率。

16、优选地，若wbf为0或红树林边缘线向陆侵蚀，则tmf为0；根据红树林前缘裸滩是否向海淤积，红树林扩张包括：

17、当裸滩既不向海扩张也不向陆后退，即vbf＝0时，wbf维持不变，tbf为0，红树林水平扩张极限受制于海平面上升和原始裸滩宽度，此时有：

18、vs'lrtmf+vmftmf＝wbf (2)

19、结合式(1)可得：

20、tmf＝wbf/(vslr/tanθ+vmf) (3)

21、其中，wbf表示红树林前缘原始裸滩宽度，vmf表示红树林在观测年份内向海水平方向的年平均变化速率，vbf表示红树林前缘裸滩在观测年份内向海水平方向的年平均变化速率，tmf为红树林向海扩张的极限时间，tbf表示前缘裸滩向海淤积极限时间；

22、当前缘裸滩向陆后退，即vbf<0时，在tmf年时，红树林前缘的原始裸滩消失，红树林停止扩张，则有：

23、v’slrtmf+vmftmf+vbftmf＝wbf (4)

24、结合式(1)可得红树林扩张的极限时间tmf：

25、tmf＝wbf/(vslr/tanθ+vmf+vbf)； (5)。

26、优选地，当裸滩向海扩张，即vbf>0时，原始裸滩向海淤积，根据红树林与前缘裸滩扩张速率的大小，红树林扩张的极限时间包括如下两种情形：

27、情形一：当vmf≤vbf时，若裸滩在tbf向海淤积到达极限，海平面在tbf内上升的高度等于裸滩每年增加的垂向高度，即：

28、vslrtbf＝vbftanθ (6)

29、红树林前缘的剩余裸滩宽度w’bf为tbf时间内裸滩的淤积宽度与红树林扩张宽度之差，再加上原始裸滩宽度wbf，即：

30、w’bf＝wbf+vbftbf-vmftbf (7)

31、海平面上升淹没停止淤积的裸滩后，裸滩宽度随着海平面上升逐渐减小，直到裸滩完全被海水淹没，红树林无法继续向海扩张，此时红树林的扩张受限于海平面上升速率，则红树林在剩余裸滩上的扩张时间为：

32、t’mf＝w’bf/(v’slr+vmf) (8)

33、则红树林扩张的极限时间即为裸滩到达淤积极限的时间与此后红树林在剩余裸滩持续扩张的时间之和：

34、tmf＝tbf+t’mf (9)

35、将式(1)、式(6)、式(7)和式(8)带入式(9)得红树林扩张的极限时间为：

36、

37、情形二：当vmf>vbf时，存在以下两种情况：

38、若原始裸滩宽度wbf满足在tbf时裸滩向海淤积到达淤涨极限，红树林外缘还有裸滩的条件，则其宽度w’bf>0，此后红树林受海平面上升影响，在剩余裸滩上持续扩张的时间为t’mf，则与vmf≤vbf情况相同，即红树林扩张的极限时间tmf即为裸滩到达淤积极限的时间tbf与此后红树林在剩余裸滩持续扩张的时间t’mf之和，计算见式(10)；

39、若原始裸滩宽度wbf满足受海平面上升的影响，当裸滩淤积达到极限，或在其之前时，红树林就已到达裸滩边缘处，裸滩消失，即w’bf＝0，红树林停止扩张，则原始裸滩宽度wbf与裸滩在红树林扩张的极限时间tmf内的移动宽度之和，减去海平面在红树林扩张的极限时间tmf内的水平移动宽度，即为红树林在其扩张的极限时间tmf内的移动宽度：

40、vmftmf＝wbf+vbftbf-v’slrtmf (11)

41、结合式(1)，进一步可得树林扩张的极限时间tmf：

42、tmf＝(wbf+vbftbf-vslr/tanθtmf)/vmf(12)。

43、优选地，当tmf≤0时，说明滨海红树林难以扩张，当地红树林处于侵蚀状态，具有逐步灭绝的风险；

44、当0＜tmf＜20年时，说明当地红树林处于风险期，需采取退化滨海生态系统修复工程；

45、当20≤tmf≤100年时，根据扩张速度，能够逐步推演未来每年的红树林前缘，为采取制定合适滨海保护和开发政策提供科学依据；

46、当tmf＞100年时，认为当地红树林的生境处于逐步增加的趋势，能够为当地海岸带提供庇护作用。

47、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

48、本发明提出一种量化海平面上升背景下滨海植被的扩张年限的方法，鞥狗预测未来滨海植被动态和极限地理分布，还可以辅助海岸带管理政策因地适宜的适时调整，提升海岸带生态系统管理和可持续发展的决策水平，具有重要的经济价值和社会效益。