撰稿：刘永明

　　审定：王春在

  近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）、热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室和广东省海洋遥感与大数据重点实验室（LORS）唐世林团队在岛礁浅水地形时序变化监测方面取得进展。相关研究成果发表在国际期刊Giscience & Remote Sensing和International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation上，助理研究员刘永明为第一作者，研究员唐世林为通讯作者。

  地震、火山爆发、波浪侵蚀和人类活动等因素均可引起岛礁浅水地形发生变化。开展浅水地形时序变化监测可以为珊瑚礁的生物多样性保护和生态平衡维护提供重要的基础地理信息。Landsat系列（Landsat-5 Thematic Mapper (TM),Landsat-7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+),Landsat-8 Operational Land Imager (OLI),and Landsat-9 OLI2）具有近40年的观测历史和30米的空间分辨率，在长时序浅水地形变化监测中具有巨大潜力。然而，由于不同代的Landsat传感器在波段设置和信噪比特性上存在差异，影响水深遥感反演结果的时序一致性，这为实现长达40年的光学浅水地形时序变化监测目标带来了重大挑战。

进展1：实现TM和ETM+数据在6 m以深的水深反演值精度的提升

  研究团队针对Landsat系列数据存在波段设置差异的问题，基于西沙岛礁等地的光学浅水现场光谱数据开展分析，发现可以通过光谱重构技术从TM和ETM+的蓝光波段推算出一个虚拟的近岸波段（~445 nm），从而实现Landsat-5/7/8/9可见光波段设置的统一。基于这个新的发现，研究团队建立了VOBA（Virtual coastal band-driven Optimization-based Bathymetric Approach）模型。实测光谱数据、模拟光谱数据和卫星遥感影像数据的验证结果表明，增加虚拟波段的TM和ETM+能够显著提升6 m以深的水深反演值精度。

  图 1 以全球12个区域的Landsat-5/7数据为例，增加虚拟近岸波段前（OBA）后（VOBA）的水深反演值和实测值的散点密度图。其中S和M分别表示表示单个和多个水深初始值的反演策略。(详细请查看原文Liu et al. 2025,GISci. Remote Sens.)

  此项成果发表在期刊Giscience & Remote Sensing上，合作者还包括LTO的许占堂研究员、黄宇业博士后、郑文迪助理研究员、华北水利水电大学的曹斌博士、广东省科学院广州地理研究所的刘旭拢研究员和东海实验室的曾凯博士。

进展2：实现0-10m光学浅水地形40年时序变化遥感监测

  研究团队在构建VOBA模型的基础上，进一步以我国南海东沙岛和七连屿等岛礁为例，定量评估水深优化反演模型从Landsat系列数据中所反演的水深值的一致性。结果表明，Landsat系列在礁坪和浅水潟湖（水深浅于10米）中的水深值表现出高度的一致性。然而，由于TM/ETM+的信噪比OLI/OLI2低，对于深水潟湖和礁前斜坡（水深超过10米且底质为低反射率的海草珊瑚等），OLI/OLI2与TM/ETM+所反演的水深值存在显著差异，而且OLI/OLI2所反演出的水深值的精度优于TM/ETM+。随后，研究团队将Landsat系列数据用于监测我国南沙南威岛的地形时序变化。时序结果表明南威岛新港口的深度已从~2米增加到~10米，东北方向的新陆地原来属于~7.5米深的水域。截至目前，南威岛的新港口已被挖掘~584252.74±228884.43m³的沉积物，并有~1010657.21±897737.97m³水域被填海造地（此值不包括露出水面的沉积物体积）。

  图 2 以东沙岛和七连屿为例，评估Landsat-5/7/8/9水深反演值的一致性。(详细请查看原文Liu et al. 2025,Int. J. Appl. Earth Obs.)

  图 3 基于Landsat-5/7/8/9的40年水深反演结果监测南沙南威岛开发过程导致的浅水地形变化。(详细请查看原文Liu et al. 2025,Int. J. Appl. Earth Obs.)

  图 4 基于Landsat-5/7/8/9的40年长时序水深反演结果评估南威岛礁新增港口被发掘的沉积物体积和东北部填海造陆填埋的水体体积。(详细请查看原文Liu et al. 2025,Int. J. Appl. Earth Obs.)

  此项成果发表在期刊International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation上，合作者还包括LTO的王素芬副研究员和黄宇业博士后、自然资源部南海局的陈启东博士和水利部珠江水利委员会的熊龙海博士。

  经过以上研究，唐世林团队具备了遥感监测南海及类似区域的岛礁0-10 m光学浅水地形40年长时序变化的能力。

  上述研究得到国家自然科学基金、海南省自然科学基金和广州市自然科学基金等项目的资助。

  相关论文信息：

  Liu,Y.,Tang,S.*,Cao,B.,Xu,Z.,Liu,X.,Zeng,K.,Huang,Y.,& Zheng,W. (2025). A virtual coastal band-driven optimization-based bathymetric approach (VOBA) for optically shallow water with multispectral imagery. GISci. Remote Sens.,62,2506191.

  Liu,Y.,Tang,S.*,Huang,Y.,Chen,Q.,Xiong,L.,& Wang,S. (2025). Mapping the bathymetry of coral islands with the Landsat series: Quantitative evaluation of the consistency and temporal change detection. Int. J. Appl. Earth Obs.,142,104721.

  原文链接：

  https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15481603.2025.2506191

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1569843225003681