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2020 , Vol. 40 >Issue 4: 659 - 674

DOI: https://doi.org/10.13284/j.cnki.rddl.003260

论文

1987—2017年海南岛海岸线变化特征遥感分析

  • 张丽 , 1, 2 ,
  • 廖静娟 1, 2 ,
  • 袁鑫 1 ,
  • 穆晓东 3 ,
  • 宋茜茜 1 ,
  • 毕京鹏 1
展开
  • 1. 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室，北京 100094
  • 2. 海南省地球观测重点实验室，海南 三亚 572000
  • 3. 海南省环境科学研究院，海口 570100

张丽（1975—），女，新疆伊犁人，研究员，主要从事植被生态和海岸带遥感研究，（E-mail）。

收稿日期: 2019-10-08

  修回日期: 2020-04-30

  网络出版日期: 2020-08-11

基金资助

海南省重大科技计划项目(ZDKJ2019006)

中国科学院战略性先导科技专项（A类）(XDA13020506)

收起

Remote Sensing Analysis of Coastline Changes in Hainan Island during 1987-2017

  • Li Zhang , 1, 2 ,
  • Jingjuan Liao 1, 2 ,
  • Xin Yuan 1 ,
  • Xiaodong Mu 3 ,
  • Xixi Song 1 ,
  • Jingpeng Bi 1
Expand
  • 1. Key Laboratory of Digital Earth Science, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
  • 2. Key Laboratory of Earth Observation of Hainan Province, Sanya 572000, China
  • 3. Hainan Research Academy of Environmental Sciences, Haikou 570100, China

Received date: 2019-10-08

  Revised date: 2020-04-30

  Online published: 2020-08-11

Fold

本文亮点

利用海岸线、红树林和近海围塘养殖等多个遥感专题信息产品，从岸线年均变化速率、利用率和综合利用程度等方面综合分析了海南岛1987—2017年的海岸线变化特征，并通过典型岸线类型变化探讨了人类活动对海南岛海岸带资源的影响。分析发现：1）海岸线长度总体呈稳定增长趋势。由1987年的1 655 km增至2017年的1 890 km，其中自然岸线持续减少，人工岸线急剧增长。2）岸线类型多样性降低，倾向性明显；而岸线的利用程度不断提高，利用程度综合指数由1987年的237.34增加到2017年的285.03，人类活动对海岸线变迁的干扰作用越来越明显。3）陆海格局变化特征复杂，整体呈向海扩张的态势。多种人为因素共同作用是导致岸线不断变迁的主要原因，人工养殖塘的开发使红树林湿地遭到侵占，生物岸线减少，港口建设、近海人工岛建设等引起砂质岸线等自然岸线减少。

本文引用格式

张丽 , 廖静娟 , 袁鑫 , 穆晓东 , 宋茜茜 , 毕京鹏 . 1987—2017年海南岛海岸线变化特征遥感分析[J]. 热带地理, 2020 , 40(4) : 659 -674 . DOI: 10.13284/j.cnki.rddl.003260

Highlights

Coastal zone of Hainan is one of the most valuable areas of natural resources and also forms a good ecological environment. Based on a 30-years coastal data derived from satellite imagery, which includes coastline, mangrove, nearshore aquaculture ponds, artificial islands, and ports, this study analyzed the coastline changes and other spatial elements in the coastal zone of Hainan Island. The human activities that impacted on the coasts of Hainan were also evaluated. The indices used for the analysis were: Length Change Intensity (LCI), Index of Coastline Type Diversity (ICTD), and Index of Coastline Utilization Degree (ICUD). In this study, we found that: 1) the length of the coastline increased steadily from 1,655 km (in 1987) to 1,890 km (in 2017). In contrast, the natural coastline length decreased continuously from 1,565 km (in late 1980s) to 1,140 km (in 2017), with a proportion drop from 94.6% to 60.3%. The length and proportion of artificial shoreline increased remarkably, from 90 km (in late 1980s) up to 750 km (in 2017) and a proportion changed from 5.40% to 39.7%. 2) The diversity of coastline types decreased while the coastline utilization degree increased. From 1987 to 2017, the ICUD increased continuously from 237.34 to 285.03, indicating that human activities had an increasing effect on coastline changes. 3) Land and sea pattern changes were complicated, with the coastline expanding into the sea. Overall, the coastal land area increased by 107.49 km. A variety of human factors contribute for the continuous changes of the coastline. The change in the biotic coastline is mainly the result of competition between mangroves and aquaculture ponds, and the construction of ports and offshore artificial islands, which are also responsible for the land sea pattern reform. Since 2000, the length of the coastline of Hainan Island has increased largely due to the coastal construction projects that have augmented the artificial shoreline. Currently, it is still necessary to strengthen the protection and control of coastlines and promote their sustainable utilization. With the increase in general awareness about environmental protection laws and the implementation of coastal zone management and ecological restoration protocols, the coastal ecological environment will be largely protected and restored. This study contributes to a better understanding of the ecological environmental changes in the coastal zone of Hainan and provides scientific basis for the protection and restoration of its ecological environment. The study provides a scientific application paradigm for the effective use of coastal datasets to conduct research on the coastal environment.

海岸带是海岸线向陆海两侧扩展一定距离的带状区域，是海陆交界处相互作用变化比较活跃的地带（赵锐 等，2014），也是受人类影响最多，生态最脆弱、最敏感的地带。在气候变化和人类活动双重因素的影响下，海岸带在形态结构、地貌构造、动力环境、生物多样性和湿地生态功能等多个方面变化各异。海岸线作为海岸带的重要组成部分，与海岸保护及利用、海域使用等活动密切相关，是海岸带综合管理的基础要素，也是海岸带变化的标志性要素。海平面上升、新构造运动、沿海滩涂、湿地生态系统及近岸海洋环境等都会影响海岸线的变迁。科学合理地分析海岸线变化信息，不仅能展示海岸带轮廓的变迁情况，还能为政府部门加强对海岸带的监管和治理提供决策支持与科学依据，对沿海地区的经济建设和海岸资源的健康可持续发展具有重要意义。
海南岛位于中国最南端，隔琼州海峡与大陆相望，四面环海，拥有丰富的海岸线资源。根据2016年海南省（海南本岛）海岸线修测成果，海南岛自然岸线占海南本岛岸线总长的65.45%，远超于全国自然岸线保有率35%的平均水平。海南岛海岸线绵延曲折，岸线资源种类丰富，有利于海水养殖业、旅游业的发展，具备形成优良港湾的天然优势。沿海岸线分布的红树林、养殖塘和港口等作为海岸带系统特色要素，是海南海岸带主要的经济发展依托和自然生态景观，具有重要的经济价值和生态服务功能。近年来，由于人工岸线的不断增加，海南岛海岸线呈现增长趋势（隋燕,2018）。养殖鱼塘增加、工业用地开发利用、城镇与港口建设等海岸带的开发利用导致了海岸线的变化（姚晓静 等，2013；包萌，2014）。海南作为生态环境大省，自2010年1月国务院发布《国务院关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》的重大战略部署以来，海南国际旅游岛建设和经济发展进一步加快，但也导致了一系列生态环境问题。海岸带资源丧失和退化的现象日趋严重，由于部分区域资源开发强度过高，海岸带生态环境遭到破坏，局部海岸带生态环境功能明显退化。
遥感技术具有观测范围广、时效性高和观测周期短等优点，越来越多地被应用于海岸带相关要素如沿海开垦及围填海发展（Tian et al., 2016; Meng et al., 2017）、沿海湿地组成及土地利用情况（Chen et al., 2005，Wang et al., 2020）等方面的提取、监测与变化特征分析。针对海岸线的研究更加丰富，如Vos等（2019）基于GEE平台研发了面向Landsat和Sentinel卫星数据的海岸线提取工具包；Natesan（2013）、Tran（2014）、Hou（2016）、毋亭（2016）等对历史时间序列的海岸线长度信息、岸线类型信息进行了统计分析；刘百桥（2015）、王建步（2015）等对海岸线的时空变化速率和海陆格局的演变特征进行了遥感分析。海岸线的时序变迁往往是由多种因素引起并相互共同作用的结果，如中国大陆海岸线的增长主要是大量自然岸线开发为港口码头、养殖区、盐田与农田等人类活动所致（Wu et al., 2014）；Mujabar等（2013）指出人类的采砂活动是引起印度南部海岸线变化的主要原因；Sagheer等（2011）则指出红海沿岸的位置变化是波浪的运动方向、沉积物的供给状况等多种因素共同作用的结果。遥感大数据的发展使融合多种要素研究海岸线的多维变化成为可能，尤其是在空间和时间上实现了同步分析。但在海南岛海岸线变迁机制研究方面，当前研究大多选择局部海岸线作微观典型样例分析，而以海南岛岸线为整体的宏观变化特征定量研究和分析未见详细论述。
本文集成海岸线、红树林、近海围塘养殖、近海人工岛、港口变化遥感专题信息产品，对海南岛海岸线的长度与结构变化、多样性和利用强度、陆海格局变化等空间结构特征和变化进行分析，并探索岸线变化的人为驱动因素。以期为有效利用海岸带相关数据集进行海岸带科学分析和评价提供参考，为更好地理解海南岛海岸带生态环境变化提供数据支撑，为海岸带的综合管理、多样性保护以及可持续性发展提供科学依据。

1 数据集与分析方法

1.1　海岸带数据集

本文采用研发的海岸带专题数据集系统分析海南岛海岸线变化特征。该产品是由多期Landsat卫星影像、并辅以高分卫星影像（GF）提取的多时序海岸带相关专题信息产品，包括了8期海岸线变化和类型数据集、7期红树林变化数据集、4期近海围塘养殖数据集、4期近海人工岛和4期港口变化数据（表1）。
表1 采用的海岸带数据集基本信息

Table 1 Information of the coastal data set in this study

数据集 卫星数据 提取方法 精度评估/% 分辨率/m 时间跨度 数据来源
岸线变化和类型 Landsat 目视解译 95 30 8期：1987、1990、1995、2000、2005、2010、2015、2017年 毕京鹏等（2019）
红树林 Landsat 支持向量机 99① 30 7期：1987、1993、1998、2003、2007、2013、2017年 廖静娟等（2019）
围塘养殖 Landsat 面向对象 97 30 4期：1990、2000、2010、2015年 袁鑫等（2020）②
近海人工岛

Landsat /

GF-1/GF-2

 目视解译 97

30/

1~2

 4期：2010、2014、2015、2016年 张云飞等（2020）
港口变化 Landsat 目视解译 82 30 4期：2000、2005、2010、2015年 毕森等（2017）

注：①为分类总精度，Kappa系数为0.98。②袁鑫，张丽，宋茜茜，谷雨，王志勇．2020．海南岛近岸水产养殖遥感监测与时空变化分析．海洋学研究（待刊）。

岸线的类型确定以《海岸线保护与利用管理办法》（国家海洋局，2017）和沿海岸线分布的地物种类为参考依据，将海南岛的海岸线类型划分为人工岸线和自然岸线两大类：人工岸线包括港口、养殖塘和沿海设施建设而形成的岸线类型，自然岸线包括河口岸线、基岩岸线、砂质岸线、生物岸线（包括红树林、珊瑚礁等）和淤泥质岸线。红树林数据集包括东寨港、清澜港、马袅港、花场湾、新盈港、儋州湾和东方黑脸琵鹭自然保护区等重点保护区的红树林范围变化数据。围塘养殖数据包括东寨港、清澜港、花场湾、儋州湾、三亚湾和小海等重点区域的近岸水产养殖区变化数据。近海人工岛和港口变化数据分别采用GF和Landsat数据进行目视解译获取其空间范围变化。

1.2　岸线变化特征分析方法

为了全面了解海南岛海岸线变化情况，基于1987—2017年期间的8期岸线数据，从岸线长度、岸线结构、岸线多样性和利用强度、陆海格局4个方面对岸线进行变化特征分析。其中岸线长度年均变化速率、岸线多样性和利用强度计算方法如下。

1.2.1　岸线长度年均变化速率

变化速率可以直观地显示出岸线长度的变化趋势及快慢程度，一定时段内岸线长度的变化速率可用岸线长度年均变化速率表示（朱国强，2015），即海岸线的长度变化强度（Length Change Intensity， LCI），公式如下：
L C I i j = L j - L i L i ( j - i ) × 100 %
式中： L C I i j代表第i年到第j年海岸线长度的年均变化速率； L i代表第i年某一类型海岸线的长度； L j代表第j年某一类型海岸线的长度。

1.2.2　岸线多样性

岸线开发方式的多样性可以通过岸线类型多样性指数（Index of Coastline Type Diversity, ICTD）来体现（毋亭，2016），公式如下：
I C T D = 1 - ∑ i n L i 2 ( ∑ i n L i ) 2
式中： L i为第i种类型海岸线的长度；n为海岸线类型的个数。ICTD高，表现岸线类型复杂，多样性高；ICTD低，岸线类型单一，多样性低。当岸线对某一类型的倾向性较明显时，岸线多样性程度也低。

1.2.3　岸线利用强度

海岸线利用程度综合指数（Index of Coastline Utilization Degree, ICUD）表示海岸线受人为作用的影响程度（毋亭，2016）。参照土地利用程度综合指数计算方法，根据人类活动对海岸线的影响程度，对不同类型的海岸线赋予不同的人力作用强度指数：基岩岸线=河口岸线=1，砂质岸线=2，生物岸线=淤泥质岸线=3，人工岸线=4，（庄大方 等，1997），然后利用下式进行计算：
           I C U D = ∑ i = 1 n A i × C i × 100
式中：n代表海岸线的类型个数； A i代表第i种类型海岸线对应的人力作用强度指数； C i代表第i种类型海岸线的长度百分比。ICUD越大，表示海岸线受人为作用的影响越大。

2 海南岛岸线变化空间特征

2.1　岸线长度变化

1987—2017年，海南岛岸线长度总体呈稳定增长趋势，由1987年的1 655 km增至2017年的1 890 km（图1），共增加235 km；表现为自然岸线长度的减少与人工岸线长度的大量增长，这与我国其他学者对海南岛岸线长度变化的研究结果一致（姚晓静 等，2013；包萌，2014；隋燕，2018）。1987—1995年，随着海南省经济的发展，对海岸带地区资源利用增加，岸线长度有所增长。1995—2000年，围塘养殖、围海造地等人类活动使得红树林湿地遭到破坏，海岸线被裁弯取直，岸线长度略有减少。2000—2017年是海岸线增长的集中时期，岸线长度共增长139 km，这主要是由于大量海岸工程的不断建设导致人工岸线的长度持续增加，尤其是2010—2015年间，增加的人工岸线长度达154 km。其中，岸线增长最明显的区域集中在儋州市（图2，位置1）、海口市（图2，位置2）、文昌市（图2，位置3）、三亚市（图2，位置4）和昌江黎族自治县（图2，位置5）。
图1 1987—2017年海南岛岸线长度变化

Fig.1 Change of shoreline's length in Hainan Island during 1987-2017

图2 1987—2017年海南岛岸线空间变化

Fig.2 Spatial changes of shoreline's length in Hainan Island during 1987-2017

基于岸线长度的年均变化速率（图3），发现1987—2010年海岸线长度变化速率逐渐变缓。2010年以后，岸线进入快速增长期。2010—2015年，变化速率达到14.2 km/a，主要是由于人工岛和港口扩张等人工工程建设强度的不断加大所造成的，如儋州市海花岛、洋浦港区域扩建等。2015—2017年人工岸线持续快速增长，变化速率达到最高（34.0 km/a），海南岛多处人工岛进入快速建设阶段，如海口市葫芦岛、万宁市日月岛等，2年间人工岛岸线的增加长度占人工岸线增加总长度的一半以上。
图3 1987—2017年海南岛岸线长度变化速率

Fig.3 Change rate of shoreline's length in the Hainan Island during 1987-2017

2.2　岸线结构变化

岸线结构指某一区域不同类型岸线的长度比例，能够反映多种作用影响下不同类型岸线的状态。依据8个时期的岸线类型分类结果（图4），对各类岸线长度比例和年变化速率进行统计（表2）。由图4看出，海南岛海岸线主要以砂质岸线为主，其次为人工岸线。砂质海岸多为沙堤、沙滩，在海南岛西部和南部的发育面积大，西北部多为海滩，而南部乐东、三亚、陵水的海岸大多以海湾地貌形式间列展布。海南省东部农业基础好，旅游资源丰富，经济较西部更为发达，所以岸线类型也更加多样化且开发利用程度较高（图4-a）；西部山脉集中，人口较少，自然岸线分布广，岸线开发利用程度较低（图4-b）。人工岸线广泛分布于海口、三亚、文昌、儋州、万宁等城市：海口市和三亚市地处岛陆交通来往之“咽喉”要地，在经济发展进程中港口不断扩建完善；文昌市的八门湾、儋州市的儋州湾和万宁市的小海湾有丰富的滩涂，利于养殖，沿海围塘养殖遍布整个海湾。随着岸线总长度的递增，各种类型的岸线长度变化有显著差异，其中人工岸线和生物岸线、淤泥质岸线的变化呈现相反趋势。1987—2000年，人工岸线大幅度增长，淤泥质岸线大量减少；2000—2017年，淤泥质岸线减少幅度变缓，生物岸线出现大幅减少，人工岸线持续快速增长。
图4 1987—2017年海南岛东部（a）、西部（b）岸段岸线类型变化

Fig.4 Shoreline's types in the eastern (a) and western (b) parts of Hainan Island during 1987-2017

表2 1987—2017年海南岛各类型岸线长度比例和变化速率

Table 2 Length proportion and annual change rate for shorelines in Hainan Island during 1987-2017

年

份

 自然岸线 人工岸线
河口岸线 基岩岸线 砂质岸线 生物岸线 淤泥质岸线 小计

比例

%

 变化速率（km·a-1）

比例

%

 变化速率（km·a-1）

比例

%

 变化速率（km·a-1）

比例

%

 变化速率（km·a-1）

比例

%

 变化速率（km·a-1）

比例

%

 变化速率（km·a-1）

比例

%

 变化速率（km·a-1）
1987 1.0 — 9.4 — 47.3 — 10.2 — 26.6 — 94.6 — 5.4 —
1990 0.9 -0.3 8.1 -5.0 49.2 21.3 13.8 23.0 18.3 -42.0 90.4 -3.0 9.6 25.0
1995 0.4 -1.8 8.2 0.6 49.0 0.4 17.4 12.8 14.1 -14.2 89.1 -2.2 10.9 4.8
2000 0.4 -0.2 7.1 -4.2 53.4 13.0 11.6 -20.8 5.9 -28.6 78.4 -40.8 21.6 36.2
2005 0.5 0.4 10 10.2 44.0 -30.8 13.4 6.8 4.5 -4.6 72.5 -18.0 27.5 21.0
2010 0.2 -0.8 6.5 -11.8 48.1 16.6 7.8 -19.0 7.4 10.2 70.1 -4.8 29.9 9.8
2015 0.4 0.8 7.3 3.8 43.1 -11.4 7.7 0.8 4.2 -10.6 62.8 -16.6 37.2 30.8
2017 0.4 0 5.7 -13.0 42.5 8.5 6.3 -10.5 5.4 13.0 60.3 -2.0 39.7 36.0
由各类岸线长度所占总岸线长度的比例上看（见表2），海南岛人工岸线的长度比例由1987年的5.40%升至2017年的39.7%，增加了34.3%，平均增长速率为22 km/a。自然岸线的长度比例由1987年的94.6%下降为2017年的60.3%，下降速度为14.2 km/a。自然岸线中，河口、基岩、砂质、生物、淤泥质岸线分别从1987年的1.0%、9.4%、47.3%、10.2%、26.6%减少至2017年的0.4%、5.7%、42.5%、6.3%、5.4%；河口、基岩、生物、淤泥质岸线的减速分别为0.3、1.6、1.6和11.3 km/a；1987—2017年，砂质岸线长度增长了20 km，但由于岸线长度的不断增长，岸线长度比例有所降低；生物岸线主要以红树林岸线为主，1987—2017年共减少了49 km，比例下降了3.9%。不同类型岸线长度比例的变化体现了围填海的阶段性特征。2000年前，海南以自然岸线为主，人工岸线占比小，且多为养殖围堤和港口，体现了人类活动对海岸带的影响尚处于较为简单的资源获取阶段；2000年后，人工岸线的长度和比例急剧攀升，而且其类型结构开始趋于多样化，养殖围堤、港口码头岸线和海岸工程围堤等人类活动是导致人工岸线长度及比例显著提升的主要原因，这一结论与李刚等（2018）对海南南部岸线变迁的研究中一致。

2.3　岸线多样性和利用强度

通过分析岸线类型多样性指数（ICTD）和岸线利用程度综合指数（ICUD）（图5），可看出1987—2017年ICTD平均在0.6以上，且海南岛岸线类型多样性呈先增加后减少的趋势；ICUD也相应地不断增加，由1987年的237.34增加到2017年的285.03，说明人类活动对海岸线变迁的干扰作用越来越大。1987—1995年，ICTD和ICUD持续增加，说明岸线类型复杂化，而且人类干扰作用加大，这主要是由于人工岸线（港口建设与围垦养殖）和生物岸线长度的增长，使得岸线多样性升高。1995年以后，岸线类型多样性指数持续下降，然而岸线利用程度综合指数则大幅升高，这主要是由于人工岸线占比持续增长，其他类型岸线长度减少，岸线类型倾向性明显，因此多样性降低。
图5 1987—2017年海南岛岸线类型多样性指数（ICTD）和利用程度综合指数（ICUD）变化

Fig.5 Annual variations of Index of Coastline Type Diversity (ICTD) and Index of Coastline Utilization Degree (ICUD) in Hainan Island during 1987-2017

2.4　陆海格局变化

海岸线变化引起的陆海格局变化可以揭示陆地面积的变化强度（侯西勇 等，2016），也能反映岸线变迁的主要驱动因素。1987—2017年，在人为活动的影响下，海南省海岸开发方式呈现多样化，空间位置以向海推进为主（图6），与隋燕（2018）的研究结果相印证。陆海格局特征同岸线长度变化一样也存在着地域差异性，儋州市（图6-a）、海口市（图6-b）、文昌市（图6-c）、三亚市（图6-d）、昌江黎族自治州（图6-e）面积变化较为明显，其他地区变幅较小。建省初期，海南省提出了“南北带动”方针，即海口市带动海南省北部，三亚市带动南部，从而实现全省发展，这使得海口市和三亚市成为海南城镇发展最突出的2个区域。
图6 1987—2017年海南岛陆海格局变化和典型岸段

Fig. 6 Changes of land-sea patterns and typical shore section in Hainan Island during 1987-2017

海岸线侵蚀和淤进会引起陆海格局的动态变化，即陆地面积增加或者减少，利用ArcGIS的叠加分析功能，统计了1987—2017年由海岸线变迁引起的陆地面积变化量和净增长量（图7）。1987—2017年间，海南岛陆海格局变化特征复杂，既有海岸淤进又有海岸侵蚀，海岸线既向海扩张又向陆后退。总体来看，1987—2017年海岸陆地面积净增107.49 km2，说明30年间海南岛海岸线整体呈向海扩张的态势。海岸陆地面积增长较快的时段为1990—1995和2005—2015年。20世纪90年代，海岸开发方式以围塘养殖、围垦种田和发展盐田为主，大规模的养殖池建设使海岸线向海扩张，海湾面积萎缩而海岸陆地面积增加。2000年后，海南岛海岸带开发方式发生了转变，海岸带开发方式以服务于工业化和城镇化为主，围海造陆进行港口码头建设，人工岛建设以及房地产、酒店开发等，海域被大陆吞并，海岸陆地面积增加。
图7 1987—2017年海南岛海岸陆地面积变化

Fig. 7 Coastal land area change in Hainan Island during 1987-2017

3 典型岸线种类变化及驱动因素分析

结合海南岛海岸线类型的空间变化和陆海格局变化特征，对变化特征明显的生物岸线和人工岸线进行了具体分析，进一步揭示海南岛海岸线变化的驱动因素。图8展示了2017年海岸线类型分布和主要海岸带特征要素在海南岛的分布位置。
图8 海南岛主要红树林、围塘养殖重点区、人工岛、港口分布区

Fig.8 Areas of major mangroves, coastal aquaculture ponds, artificial islands and ports in Hainan Island

4.1　生物岸线

自然岸线中的生物质岸线多分布于沿海岸线一定缓冲区范围内，有珊瑚礁、红树林、海草的具有一定延伸能力、没有明显纹理特征的低洼海岸带区域。红树林海岸是海南常见的生物岸线，也是最重要的生物岸线种类。海南岛红树林资源丰富，分布广泛，20世纪50年代初期，拥有99.92 km2的红树林湿地，约占当时全国红树林总面积的25%（辛欣 等，2016），之后经历了急剧减少到近些年来缓慢增加的过程。1950—2000年，海南红树林面积锐减了62%（周彦伶，2012）；到2010年才缓慢增加到48.91 km2，占全国红树林面积的19.9%（吴培强 等，2013）。
通过表2的岸线变化特征分析可见，海南岛生物岸线呈先增长后减少的趋势。1987—1995年，红树林的生长受人为干扰较小，范围不断扩大，生物岸线有所增长。由于红树林主要生长在沿海滩涂地区，岸线的转移状况表现为淤泥质岸线向生物质岸线的转入。1995—2000年，海南沿海地区开始兴起围塘养殖、围海造地等活动，使得红树林湿地遭到破坏，生物岸线转变为人工岸线，生物质岸线减少。2000—2005年，红树林的自然生长使生物岸线长度出现少量增长；2005年后，人们对海岸的利用程度不断加大，生物质岸线不断转变为人工岸线，生物岸线长度进一步减少。
各保护区红树林面积及变化情况见表3。总体而言，这7个保护区的红树林湿地面积呈先减少后增加再减少的趋势。从1987年的47.16 km2降至2003年的39.40 km2，然后恢复至2017年的42.78 km2。1987—1993、1993—1998、1998—2003年间，红树林湿地面积持续缩减，且减少速率逐渐加快，年均变化量分别为0.28、0.33和0.88 km2，年变化率为0.6%、0.7%和2.1%。2003—2013年间，红树林湿地面积由39.40 km2增加到43.40 km2，年均增长率为1.0%。而2017年红树林湿地总面积有所减少，相比2013年共减少了0.62 km2。1987—2017年间，红树林湿地减少面积最大的是清澜港省级自然保护区，减少面积为4.82 km2；损失率最大的是花场湾，损失率为34%。红树林湿地面积增加最大的是东寨港国家级自然保护区，增加面积2.67 km2；增加幅度最大的是东方黑脸琵鹭自然保护区，增加112%。
表3 1987—2017年海南岛红树林湿地重点保护区分布面积、变化量和变化速率

Table 3 Area, variation, and change rate of mangrove in Reserves of Hainan Island during 1987-2017

地区 统计量 1987年 1993年 1998年 2003年 2007年 2013年 2017年
东寨港 面积/km2 14.66 15.32 16.12 16.66 17.29 17.88 17.33
变化量/（km2·a-1） — 0.11 0.16 0.11 0.16 0.10 -0.14
变化速率/% — 0.7 1.0 0.7 0.9 0.6 -0.8
清澜港 面积/km2 16.56 14.47 13.28 11.65 11.50 12.14 11.74
变化量/（km2·a-1） — -0.35 -0.24 -0.33 -0.04 0.11 -0.10
变化速率/% — -2.2 -1.7 -2.6 0.3 0.9 -0.8
新盈港 面积/km2 4.15 3.30 3.05 2.94 2.63 2.76 2.91
变化量/（km2·a-1） — -0.14 -0.05 -0.02 -0.08 0.02 0.04
变化速率/% — -3.8 -1.6 -0.8 -2.7 0.8 1.3
马袅港 面积/km2 0.66 0.56 0.34 0.46 0.51 0.96 0.96
变化量/（km2·a-1） — -0.02 -0.05 0.02 0.01 0.08 0.00
变化速率/% — -2.7 -10.1 6.0 2.6 10.6 0.2
花场湾 面积/km2 4.54 3.97 3.41 2.57 2.19 3.22 3.00
变化量/（km2·a-1） — -0.1 -0.11 -0.19 -0.10 0.17 -0.05
变化速率/% — -2.2 -3.0 -5.7 -4.0 6.4 -1.7
新英湾 面积/km2 6.23 7.60 7.23 4.83 4.78 5.77 6.07
变化量/（km2·a-1） — 0.23 -0.08 -0.48 -0.01 0.17 0.08
变化速率/% — 3.3 -1.0 -8.1 -0.3 3.1 1.3
东方 面积/km2 0.36 0.25 0.38 0.30 0.60 0.67 0.77
变化量/（km2·a-1） — -0.02 0.03 -0.02 0.08 0.01 0.02
变化速率/% — -6.1 8.5 -5.1 17.7 1.8 3.3
总计 面积/km2 47.16 45.47 43.81 39.40 39.50 43.40 42.78
变化量/（km2·a-1） — -0.28 -0.33 -0.88 0.02 0.65 -0.15
变化速率/% — -0.6 -0.7 -2.1 0.1 1.6 -0.4
为了从空间特征的角度分析保护区的生物岸线变化情况，根据海南岛岸线空间变化图（见图2），获得各保护区岸线类型变化特征图（图9）。由图9可以看出，东寨港国家级自然保护区自然岸线长度持续减少，人工岸线长度不断增加；清澜港也表现为生物岸线不断向人工岸线的转移；花场湾、马袅港和儋州湾由于围塘养殖，岸线长度减少，淤泥质岸线和生物质岸线转变为人工岸线；新盈港红树林遭侵占严重，大部分生物岸线变为人工岸线；东方黑脸琵鹭自然保护区红树林面积不断增加，生物岸线不断增长。
图9 1987—2017年各红树林湿地重点保护区岸线类型变化

Fig.9 Change in shoreline types of each mangrove reserves during 1987-2017

3.2　人工岸线

海南岛人工岸线主要涉及养殖围堤、盐田围堤、码头（港口、渔港）和人工岛建筑等类型，人工岸线广泛分布于海口、三亚、文昌、儋州、万宁等城市（见图2）。海南1991年率先在全国实施海域有偿使用制度。1991—2007年底，海南省各级政府共批准围填海项目180项188宗，使用海域面积20.32 km2，这项措施在加速经济发展的同时，很大程度地增加了人工岸线的长度。1987—2000年，人工岸线大幅度增长，淤泥质岸线减少，围塘养殖的增长占用了大量的滩涂和红树林等沿海湿地，使得生物质岸线和淤泥质岸线转变为人工岸线。2000—2017年，淤泥质岸线长度趋于稳定，生物岸线出现大幅减少，人工岸线持续快速增长，人工岛建设等围填海活动和港口的扩张，改变了沿岸土地类型，砂质、基岩、淤泥和生物岸线均出现向人工岸线的转移。

3.2.1　近海围塘养殖

近年来，随着我国水产养殖产业的发展，我国沿海地区养殖区的范围不断扩大，并产生了巨大的经济效益。但同时，养殖塘的快速发展导致了生态环境恶化，水域生物多样性减少，近海生态系统结构变化等负面影响（罗琳 等，2002）。海南是中国重要的水产品生产地，拥有丰富的海水资源，海水养殖业发达（吴岩峻 等，2006）。近海鱼塘一般是在红树林湿地土地类型的基础上发展成型的，成因源于湿地的环境与土壤条件比较适合鱼类的养殖，清澜港与东寨湾等地都是从红树林改造为养殖塘的典例（杨忠兰，2004）。
基于近海围塘养殖数据，生成海南岛近岸围塘养殖面积变化及空间分布，并统计其空间面积变化（图10、11）。可以看出，1990—2015年间海南岛海水养殖面积呈明显增长趋势，面积增加190.57 km2，增长幅度为434.9%。小海地区养殖塘持续扩张，到2010年已基本遍布整个海湾沿岸，海湾内岸线基本转变为人工岸线（见图11）。1990—2010年，水产养殖呈快速发展趋势，近岸养殖区域大面积增长，东寨港、清澜港、小海的养殖塘都有很大程度的增加，特别是清澜港增长最多。至2010年，养殖区面积持续快速增长，遍布海南岛沿海地区，各沿海市县均有所分布。海南岛围塘养殖的不断扩张主要体现了人工岸线与生物岸线的博弈，开挖养殖塘占用了大量红树林和滩涂湿地，使得生物质岸线和淤泥质岸线转变为人工岸线，因此，生物岸线和淤泥质岸线有所减少，人工岸线则不断增长。2010—2015年，随着海南省对违法挖塘养殖的限制和退塘还林等政策的开展，多地出现了养殖塘面积负增长的现象；而总体来看，海南岛围塘养殖面积仍呈增长状态，与人工岸线长度的增长趋势保持一致。
图10 1990—2015年海南岛养殖塘重点监测区面积变化

Fig.10 Changes in the area of coastal aquaculture ponds in Hainan Island during 1990-2015

图11 1990—2015年典型区（东寨港、清澜港、小海、三亚湾、儋州湾和花场湾）人工岸线（养殖塘）空间变化

Fig.11 Spatial changes of artificial shoreline (coastal aquaculture pond) in typical areas (Dongzhai Port, Qinglan Port, Xiaohai, Sanya Bay, Danzhou Bay and Huachang Bay) during 1990-2015

近年来，在海南省政府提倡的“退塘还林”“退塘还湿”政策影响下，已有部分地区的红树林修复工作有了初步的成效，对部分私挖养殖塘进行了填土并人工栽种红树林幼苗。今后，随着人们生态保护意识的增强以及“退塘还林还湿”等工作的落实，海南近海水产养殖面积的扩张将会得到严格控制，养殖池塘将得到科学的改造升级。水产养殖业的转型，如具有集约化程度高、单位水产质量高、经济效益显著和抗风浪能力强等特点的深海网箱养殖，也使得部分养殖池被废弃，养殖池面积不断减少（操戈 等，2017）。

3.2.2　近海人工岛建设

随着人工岛建设过程中由陆地一侧向海洋推填活动的进行，周围海域的水文因此发生变化（徐谅慧 等，2014），进而导致海水富营养化，赤潮、海藻爆发的现象，已影响了海洋生态环境的平衡。人工岛建设使得海岸带形状结构发生改变，加重了海岸侵蚀现象，海水的侵蚀导致沿海基岩曝露，沿海地区地表下陷（刘锡清，2005），这些现象都给海岸带周边的生态环境带来了负面影响。
早在20世纪80年代初期，海南省便已开始对其近岸海域进行填海规划。环海南岛共有已建或在建人工岛12座，分布在海口市（千禧酒店人工岛、海口湾灯塔酒店人工岛、南海明珠岛、如意岛），文昌市（妈祖世界和平岛、椰林湾海上休闲度假中心人工岛、南海度假村人工岛），琼海市（潭门渔港人工岛），万宁市（日月岛），三亚市（凤凰岛、崖州渔港人工岛）和儋州市（海花岛）。利用近海人工岛数据集，得到海南省人工岛围填海工程遥感监测结果（图12）。总体而言，海南省人工岛填海总面积呈逐年递增的趋势，使得海岸线长度及人工岸线长度增加，成为了影响海岸线变迁的主要驱动力之一。尤其是2010年以后，海南兴建了大量人工岛工程；到2017年，海南人工岛总岸线长度达62.9 km，占人工岸线的8.4%。为了城市建设和旅游业的发展，人工岛多选址在岸线较为平缓的城市沙滩，导致部分砂质岸线向人工岸线转移，自然岸线进一步减少。
图12 海南岛人工岛围填海工程遥感监测

Fig. 12 Remote sensing monitoring of artificial island reclamation in Hainan Island

3.2.3　港口建设和港口城市发展

港口和港口城市分布在生态环境脆弱的海岸带区域，其发展给海岸带和近海区域生态环境带来压力。但港口开发和扩张带动了区域港口用地、城镇居住用地、交通用地等的大量增加，同时导致耕地、林地、滩涂等自然、半自然用地的大量减少，对区域用地结构产生深刻影响。海南全岛四周密布着大小港口20多个，平均不到100 km就有一个港口。目前，海南省已经初步建成“四方五港”的格局，即北有海口港、南有三亚港、东有清澜港、西有洋浦港和八所港。
港口的快速扩张也是海南岛人工岸线增长的重要原因之一。港口一般位于地形平坦，有河流深入内陆的港湾内或河流入海口，多砂质，淤泥质海滩。港口范围的扩张使得砂质岸线、淤泥质岸线以及基岩岸线向港口岸线转移，导致自然岸线减少，陆海格局发生变化。利用港口变化数据集，生成海南省典型港口范围变化图（图13）。海南省港口呈现区域发展不均衡的态势：海口港、洋浦港发展速度快，港口面积变化较大；东西部港口（八所港、博鳌港）发展速度则相对较慢。26 a间海口港港口面积增加3.65倍，港口岸线长度增加了1.07倍；其中1990—2010年是海口港扩张的关键时期，到2015年时，港口轮廓基本成型。洋浦港1990—2015年港区面积增加了7.59倍，港口岸线长度增长3.53倍。其他港口在25 a间面积与岸线长度均有增长，但变化相对小。
图13 海南岛1990—2015年典型港口范围变化

Fig.13 Change of the typical ports in Hainan Island during 1990-2015

4 结论

本文集成了海岸带遥感专题数据集，包括海岸线、红树林、近海围塘养殖、近海人工岛、港口变化专题信息产品，对海南岛海岸线的长度与结构变化、多样性和利用强度、陆海格局变化等空间结构特征进行分析。海南岛30年间自然岸线长度持续减少，比例由1987年的94.6%降至2017年的60.3%，比例虽在海南岛自然岸线保有率60%的线上（《国家生态文明试验区（海南）实施方案》，2019年），但仍要加强对海岸线保护管控和海岸线节约利用，提高岸线利用效率。海岸线整体呈向海扩张的态势，大量自然岸线转化为人工岸线，因此岸线的综合利用程度不断升高。受近海围塘养殖、人工岛修建和港口及城市建设等各种人类活动共同影响，人工岸线大幅度持续增长，由1987年的90 km增长至2017年的750 km；红树林与人工养殖塘的博弈导致生物岸线的变迁，研究期间海南岛生物岸线长度减少了49 km；港口建设和城市发展以及围填海引起陆海格局的变化。其他因素，如河流入海口改道或改向、珊瑚礁破坏等地域特征因素，也在不同程度影响着岸线的变迁。随着人们对海洋环境、湿地生态保护等意识的增强，以及退塘还林（湿）、实行岸线分级分类管理、海岸带动态管理等工作的落实，未来海岸带区域土地利用将遵循更严格的管控措施，海岸带生态环境将得到极大的保护和修复。
本文对集成利用海岸带相关数据集研究海岸带生态环境提供了科学的应用范式，可为更好地理解海南岛海岸带生态环境变化提供数据支撑，为海岸带的综合管理、多样性保护以及可持续性发展提供决策依据。今后的研究，将进一步实现空间遥感大数据与社会经济数据资源的融合，构建海南海岸带生态环境监测和质量评价系统，在海岸带相关应用领域中得到深度应用，提升政府科学决策能力。

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