极地海岸带调查及前沿问题探析

摘要：
  D, }( p( K) n  X$ L* ^文章提出了“极地海岸带”这一概念，并从海岸带内涵的视角深入阐述了极地海岸带的定义和范围，全面分析了极地海岸带的特殊性和重要性。从调查监测技术发展和涉及学科领域两个角度梳理总结了与极地海岸带相关的调查监测实践。同时，分析了极地海岸带调查研究的前沿问题，提出了极地海岸带资源生态要素的调查监测发展方向，即充分利用遥感和现场探测手段，以较低成本来探明大空间尺度和长时间序列下的极地海岸带区域资源环境生态要素与时空变化特征。最后，构建了“双源数据挖掘-空间耦合模拟-区域综合评估-影响模拟预测”的知识与技术体系，为我国构建极地海岸带区域资源生态管理与保护政策体系提供科技支撑。
! G2 c6 g4 a* I3 v* I作者：刘大海,王春娟,刘镇杭,杨晓阳,于莹等.极地海岸带调查及前沿问题探析[J].海洋开发与管理,2023,40(3):3-12
0 引言
6 d- W9 e+ x' V1 W目前，极地科学和技术正处于快速发展时期，各国对南北极的重视度也在迅速升温，针对极地生态环境、保护区设置、国际公约履行和相关组织架构模式的讨论愈演愈热，人类活动对极地的影响，尤其是南极的相关新议题不断涌现，已经演化成国家间的政治博弈问题。南极大陆陆域面积约 1 400 万 km 2 , 其中 83% 的大陆曾被英国、法国和新西兰等 7 国提出过主权声索。值得关注的是，部分国家通过新建科考站、设置南极特别保护区、推广南大洋新地理体系等手段不断拓展自身的南极政治利益。
极地海岸带，作为人类在极地范围活动最为频繁的区域，也是各国关注的核心区域。目前各国开展的大量极地科学考察涉及了多学科、多领域、多地区，在历次极地科考过程中也有涉及海岸带区域，其中涉及的调查技术、学科和领域也较多，但目前尚缺少系统的针对极地海岸带开展综合性调查。
% ]' \4 t7 \3 b- y: l尽管我国南北极考察在技术和学科研究方面已取得一些成果，但仍缺乏极地海岸带区域长时间序列和大空间尺度的遥感与实测数据，对该区域资源生态要素的认知极为匮乏，致使诸多极地国际事务缺乏基础数据与科学结论的支撑，难以为我国在南北极国际谈判中争取有利地位，不利于维护与实现国家极地权益。此外，探明极地海岸带区域资源环境本底，追踪时空变化特征，开展可视化预测模拟，是我国极地战略政策制定和权益争取的基础，更是提升我国参与极地事务主动权和话语权的重要保障。如何以较低的成本实现对极地尤其是海岸带区域自然资源和生态要素快速且准确的监测、模拟和评估，逐渐成为一个重要而紧迫的课题。本研究将从海岸带的内涵和定义出发，深入研究极地海岸带的重要性、特殊性，全面梳理极地海岸带相关的调查技术和学科领域，并针对极地海岸带研究需求尝试分析前沿问题，并系统提出遥感与现场相结合的资源环境生态要素调查方案和体系。
5 O" b% u8 I+ i. R3 f5 f  R1 极地海岸带的内涵与特殊性
1.1 海岸带定义与特征
) m+ y2 W1 T. c% Z1.1.1 海岸带定义
海岸带是陆海的关键地带，受海洋与陆地双重影响。从复合系统视角出发，阐释海岸带具有陆海交互地带整体性特点，强调从陆海统筹的角度对海岸带资源环境变化系统研究，对实现海岸带的全面认知、整体保护和综合治理具有重要意义。海岸带陆海相互作用计划(LOICZ)将海岸带定义为“陆地—海洋相互作用的过渡地带”。它主要包括从近岸平原一直延伸到大陆架坡折带之间的广阔区域，特别是第四纪末期海平面变化过程中被淹没或露出的范围。我国近海海洋综合调查与评价专项的《海岸带调查技术规程》将海岸带定义为“海洋与陆地相互接触、相互作用和相互影响的地带”。国家标准《海洋学术语 海洋地质学》(GB/T18190—2017)定义海岸带为“海洋与陆地相互作用的过渡地带”,海岸带范围上限起自现代海水能够作用到陆地的最远界，下限为波浪作用影响海底的最深界，或现代沿岸沉积可以到达的海底最远界限。作为具有空间特性的海岸带，虽然上、下界限的判定不尽相同，但“兼具海洋与陆地双重特征的海陆相互作用过渡地带”的本质内涵却是一致的。
: I. }  Q& l  b9 ~1.1.2 海岸带特征
2 i" f0 c4 e1 P* n在发生于水圈、岩石圈、大气圈和生物圈之间的地球系统物质大循环中，海岸带是四大圈层间相互作用最剧烈的传播导体。加之海岸带地区人口稠密、经济发达，使得人类干扰强烈，形成了自然和人为各种过程交织的情形。海岸带具有以下几方面特征。
: Q% r* u& E4 @2 {# g1 G4 N3 x(1)陆海交错特征。
1 Z6 [- Z0 q8 P1 X  Y海岸带在洋流、地形地貌、生态系统类型等自然环境方面具有陆地和海洋双重特征。海岸带区域洋流与开放海域相比有显著的差别。因受到沿海海岸阻力和摩擦的影响，在近海和浅海形成了较为复杂的水力学环境，如：大陆架环流、海峡环流、内海环流、湾内环流等。由于地处海陆相互作用地带，海岸带地区地形地貌特征明显，沿海陆域海岸侵蚀和海岸堆积地貌环境发育明显，近岸海域则主要分布有水下丘陵、盆地和河谷等地形，以及近岸浅滩和珊瑚礁等独特地貌。此外，受咸-淡水交接直接影响，海岸带湿地生态系统也表现出珊瑚礁、红树林、海草床等湿地次级类型广泛分布的特殊分布类型。
(2)生境脆弱特征。
受陆海格局、地形地貌、入海河流、洋流、气候、政策、社会、经济、人口、交通等自然因素和人文因素的共同作用，海岸带与陆地区域和海洋区域有着明显的区别,具有极其特殊的生态环境，表现出边缘效应明显、环境变化梯度大和自我恢复能力较弱的生态脆弱性。近年来，作为社会经济发展的主要区域，海岸带生态系统受人类干扰影响同样巨大。由于人类活动频繁而无序，使得海岸带本就脆弱的生态环境遭到严重威胁和破坏，世界范围内约30%～50%的海岸带生态系统正处于不断退化的状态。
! l0 A6 @0 }, ^8 e! |; @. P3 `" _(3)人文特征。
0 M& ]9 {4 H. w- r3 ]海岸带作为世界上人口、城市、产业最密集的地带之一，形成了海洋型社会，创造了海洋独特的精神文明和物质文明，在社会制度、经济发展、思想精神和人文艺术等方面都较为领先。在产业发展方面，滨海的旅游业以天然的海岸带资源为基础，逐步发展为一种高联动的、综合性的旅游服务业。港口航运得益于海岸带地区得天独厚的地理位置和资源优势，已成为世界范围内最重要的交通运输形式之一。近年来，随着国际社会的共同努力，海岸带立法工作和相关的政策法规陆续出台。例如，中国开展的“全国海岸带和海涂资源综合调查”、美国确立的《海岸带管理法》、欧盟提出的“欧洲议会和欧洲理事会建议”等，大大提升了海岸带综合管理在全球可持续发展目标进程中的地位。
1.2 极地海岸带的特殊性和重要性
- E" i6 G6 a& Q* C6 V! M* E5 g根据海岸带的内涵定义，极地海岸带不同于传统海岸带概念，其受陆地、海洋与海冰的多重影响，是陆地、海洋与海冰相互接触、相互作用和相互影响的地带，也是易受到人类活动影响的陆海冰相互作用的过渡地带。与一般意义上的海岸带相比，极地海岸带所处纬度较高，沿岸区域在较长时间段内会被海冰覆盖，需要考虑海水表面与冰的接触线、海水与岩石的冰下接触线(可以在冰下或海平面以下)以及理论上的海平面与岩石的接触线。极地海岸带裸露在外面的陆地较少，人口稀少，呈现出与其他地区不同的自然和人文特征。
3 {3 ?( P; n! U. R; d' Q, K1.2.1 特殊性
南极海岸带的特殊性主要在于冰海岸的广泛分布及其与气候变化的密切联系。南极洲位于地球的最南端，由南极大陆及附近的岛屿组成，几乎所有的地区都位于60°S以南。海岸线长达3万km, 其中岩岸仅有900～1 500 km, 占海岸线总长的3%～5%,冰海岸约28 500～29 100 km, 约占海岸线全长的95%左右。南极冰海岸从地貌上看可细分为岩冰海岸和浮冰海岸两种主要类型，岩冰海岸包括受到海水冲刷的陆冰边缘，大致占南极海岸的30%～40%;浮冰海岸包括陆冰始终漂浮的地区，主要是冰架，大致占南极海岸的55%以上。南极洲是地球上最后的空调，具有地球上70%的淡水和90%的冰，对地球的气候环境稳定具有重要作用。在全球变暖的背景下，南极冰川消融速度加快，极端天气事件频发，南极冰盖正经历前所未有的快速退缩。相关专家预测到2050年，如果南极这一空调失灵，所有的冰雪融化，海平面将上升61 m, 地球气候将崩溃，大多数沿海地区尤其是近岸区域均将被淹没。
北极海岸带依托北冰洋及其周围陆地区域，其特殊性主要在于岛屿和涉及的主权国家较多，以及气候变化背景下物种的独特响应。北极是指北极圈(66°34′N)以北的广大区域，包括最外侧的泰加林带、北极苔原、边缘陆地海岸带及岛屿和极区北冰洋。北冰洋周围的陆地区域可以分为以格陵兰海和白令海峡分隔的两大部分：一部分是北美大陆与格陵兰岛；另一部分是欧亚大陆。北极地区的格陵兰岛是世界上最大的岛屿，世界上海岸线最长的十大国家就占3个，分别是俄罗斯、加拿大、挪威。北冰洋海岸线类型多样且曲折，有陡峭的峡湾型海岸，也有三角洲、低平海岸、磨蚀海岸等复合型海岸，还有属于陆架区约380万km2的大陆型岛屿。北极海岸演化是外生过程和内生过程相互作用的结果，全球气候变暖已经影响到北极熊等标志性物种。此外，北极食物网的基础取决于海冰的存在，随着海冰减少，藻类也随之减少，这对北极鳕鱼、海豹、海象、鲸和北极熊等物种将产生连锁反应，致使许多大型动物失去了重要的栖息地。
1.2.2 重要性
南北极海岸带是人类探索极地资源环境、开展极地科考等活动的重要区域。从南极科考站和保护区的分布来看，各国南极科考站大多都在南极海岸带地区布局，南极特别保护区也在沿岸地区居多，尤其是南极半岛附近(图1)。从南极访客和船只数量来看，如图2所示，近5年中《南极条约》缔约方提供[通过电子信息交换系统(EIES)]访问南极洲的信息和统计数据(以访客和船只数量计),其中南极沿岸地区尤其是南极半岛地区访问量最大。虽然南极旅游和访问受站点的约束，但从人类南极活动区域来讲，大部分人类活动集中在南极洲的沿岸区域，尤其是南极半岛及其沿岸地区。

                               
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6 v1 n7 q5 R2 k/ _图1南极科考站与特别保护区空间分布

                               
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! v/ Q9 c" W/ k图2南极访客和船只数量空间分布(来源于ATCM)
2 极地海岸带调查实践
! l% C. A- |5 o# q' x. Z目前各国对极地的调查形式以南北极科考为主，大多为涉及多学科、多领域、多区域的综合调查。我国初步建成了“二船四站一基地”的南极考察保障平台和涵盖站基、船基、空基、冰基、岸基、海基、海床基的国家南极观测网。北极地区主要为北冰洋和有主权归属的岛屿，无法设立综合科考平台。因此，我国北极科考主要是以船基为依托的北冰洋考察为主，为全面认识北极的环境与气候，仍需开展相关陆地、冰川、冻土、空间与大气科学等调查。
2.1 科考与调查监测技术
& q3 @/ M- a" m  H' H( g在极地海岸带科考与调查方面，我国已经建立了多个相关平台，包括自然资源部极地科学重点实验室、中国极地考察国内基地、南极长城生态国家野外观测研究站、南极中山雪冰和空间特殊环境国家野外观测研究站等。2019年，极地科学数据中心成为首批20个国家科学数据中心之一。
- p$ f$ X3 F' G( l3 O' e3 Z; ]站基考察方面，中国南极科考站包括中国南极泰山站、中山站、昆仑站和长城站，以及第5个在建的罗斯海新站。中国南极科考站是为中国科学家和科学机构进行多学科考察和重大科学研究而设立的科学研究基地，主要常规科考观测项目有：高分辨卫星云图接收、高层大气物理、电离层观测、气象、地震和地磁等。在建的罗斯海新站面向太平洋扇区，位于罗斯海区域沿岸，是南极地区典型的大气圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈等天然地理要素交汇的地带，具有非常重要的科学研究价值。中国北极科考站目前有黄河站和中-冰北极科考站。黄河站拥有全球规模最大的极地科考空间物理观测点，中-冰北极科学考察站可用于夜侧极光观测、空间与大气观测、卫星接收、无线电主动探测等调查监测功能的实现，可实现冰川、空间等的观测监测，填补了我国北极科考的一大空白。
. V: N' J& c2 k7 K' N, d6 S空基考察和监测方面，“雪鹰601”号是我国第一架具有区域航空保障能力的固定翼飞机，它可以搭载各种科学仪器覆盖南极冰盖最高峰，是一种集航空科学调查、应急救援、快速运输于一体的多用途固定翼飞机，标志着我国极地考察进入“航空时代”。此外，“雪龙2”号装备的AW169中型直升机“雪鹰301”号、“雪龙”号装备的Ka-32重型直升机“雪鹰102”号，均为我国进行极地考察奠定了船载直升机的基础保障能力。
船基考察方面，1984年，我国首次组队开展南极考察，多艘考察船先后赴南极进行科学考察，包括“向阳红01”船、“J121”号、“海洋四号”船、“极地”号、“雪龙”号、“雪龙2”号等。“雪龙”号是22 000吨级极区综合科学考察破冰船，设有气象分析预报中心、计算机数据处理中心和海洋物理、海洋化学、海洋生物、海洋地质等一系列科学考察实验室。“雪龙2”号是国内首艘自主研造的极地科考破冰船，具备第3档的破冰能力，能在150 cm冰厚的环境中连续破冰航行，满足全球无限航行的要求，采用世界首创的船艏船艉双向破冰船型设计，具备双向破冰能力可突破极区20 m的当年冰，还具有可实现原地360°自由转动的全回转电力吊舱推进功能的全新的螺旋桨技术,配备先进的海洋勘测与观测仪器，对我国进行极地科学研究具有重要意义。
, L/ r9 }0 N7 u9 w$ S( w冰基考察与监测方面，在获取位置、海表温度、大气温度、气压等基础参数的基础上，海冰浮标的观测结果也被广泛地运用于各种研究领域，如天气和冰情预测、跟踪海冰的成长与消融、卫星数据验证、全球气候变化研究等。我国作为国际南北极浮标计划的成员国，聚集了大批海冰浮标科研人才，与国际前沿的浮标技术紧密结合，加速了对极地海冰浮标的观测工作。目前，卫星遥感观测与浮标定点观测相结合，可持续自动监测气-冰-海的序列参数，提供海冰变化预报，通过对海冰运动的观测，可以使卫星观测资料更准确，为研究极地海岸带提供数据支持。
2.2 涉及学科领域
从涉及的学科领域来看，南北极海岸带调查监测主要包括极地海冰、物理海洋和海洋气象、海洋地质、海洋地球物理、海洋生态与生物多样性、海洋化学与碳通量等多个领域。
2 Z$ ]; z8 @9 p3 W: w极地海冰调查监测方面，国内外一般都采用现场原位观测法和建立科学考察站点的方法进行观测，但这些方法只能监测近海岸的海冰，观测范围受限。与现场观测相比，遥感观测是对极地海冰大范围的连续观测的一种重要方法。在空间尺度上，国产“高分”和国产“资源”系列卫星可以提供极地较高空间分辨率的遥感数据。高分辨率影像已被成功地用于南极冰盖表面流速监测，南极龙尼-菲尔希纳冰架的高精度三维模型也得到了卫星立体图像的支持，可以获得冰架的地表形貌和裂隙的发育特点。在时间尺度上，国产“海洋”和国产“风云”系列卫星可提供极地高时间分辨率遥感数据，如海冰类型、海冰覆盖范围和海冰密集度等，其精确度已达到国际水平。
物理海洋和海洋气象调查方面，主要从多角度、多学科来探讨极地气候的变化。南北极是全球气候变化最为重要的地区，它推动着人们把物理海洋学、海洋与海冰光学、海冰物理学、海气相互作用等方面的知识结合起来，从而建立起与海冰变化相关的物理科学研究系统。物理海洋学是该系统的基础，它的主要目的是研究极地海洋的基本物理性质和海冰在特定时空内的运动规律。国内目前已开展了海洋漂流浮标等仪器的应用研究和数据分析，同时也开展了外海布放试验和近海性能测试，进行了一系列的静态比对试验，观测获取的大气温度、气压及海表温度等数据也在台风预测等方面得到了初步应用。但这些试验更多的是针对海洋要素，关于极地海冰的研究还处于起步阶段。
$ \' ]% U. @$ f, ^1 R) [, p: Y海洋地质和地球物理调查方面，为全球气候变化在南北极的响应等研究工作提供了基础。我国在南北极海洋资源、海洋地质、地质调查、地质构造、基础编图等方面均做出了突出贡献。用于极地的海洋地球物理探测技术方法包括海洋地震勘探、海底水深测量、海底热流探测、海洋重力测量和海洋电磁探测等海底地球物理观测，是多技术手段融合和多学科交叉的产物，使极地海洋地球物理探测技术不断地创新和进步。
海洋生态与生物多样性调查方面，从分子层面、基因组层面进行极地生态系统的研究，将丰富人们对极地生物的认知。极地生态系统是一个巨大的、潜在的淡水资源库和生物资源库，是组成全球生态系统的重要部分。极地生物是极地生态系统能量流动和物质循环的重要载体，极地冰区的海洋鱼类物种形成率显著高于热带海洋地区，而随着生物科技的进步，极地生态系统对全球气候的影响是多方面的，因此在极地海岸带地区开展陆地生态系统与全球生态系统之间的相互影响因素研究具有十分重要的意义。
/ Q; o* S8 p9 K- l  M海洋化学与碳通量调查方面，主要是海洋-大气二氧化碳通量观测系统，由走航海气p CO2观测技术、卫星遥感碳参数观测技术、锚系和漂流浮标技术和高营养盐低叶绿素(High-Nutrient, Low-Chlorophyll, HNLC)海区的施铁肥试验技术等组成。由于极地调查环境艰苦且缺少长时间序列的资料数据，加上很多极区海域属于HNLC海区，因此被认为是具有吸收大气中二氧化碳的能力但被严重忽视的海域。当前极地海洋化学与碳通量相关的科学研究热点主要有以下几个方面：北极沿岸温度和降水的增加使碳吸收速率增加；呼吸土壤植物与基本气候参数之间存在着简单的相关关系；以泥炭形式储存的老有机碳，向大气中排放，会受到包括有机物质的不稳定性在内的一系列更为复杂的因子的作用。
3 极地海岸带调查研究前沿问题分析与展望
2 b7 z) w1 n% u) @* K7 T( g2 ~3.1 前沿问题分析
/ ?3 G  ?) q7 m' {/ g极地陆海交接带有着大部分被海冰覆盖的特殊性，其岸线范围和海岸带区域也存在不确定性。但无论是以冰盖与海交界线为主还是以陆地与海交界为主，海岸带区域的资源环境与人类活动均是密切相关的，其资源环境对全球气候变化、碳中和目标实现均具有重要的意义。对此，综合极地海岸带的特殊性和重要性，以及前文对科考与调查监测技术和相关学科研究的小结，本研究归纳了以下国际社会研究前沿和热点关注的极地海岸带问题：人类活动对极地海岸带区域资源环境有何影响?南极人类活动大部分集中在海岸带区域，对南极陆海资源环境与生态系统有何种影响?南极海岸和海冰等的系统变化将对人类在海岸带区域的活动造成何种影响?南极沿岸海冰及其冰盖下的生命活动与碳循环存在何种相互作用关系?南极沿岸这一陆海冰相互作用的地带在全球或者南极区域碳循环中会起到何种作用?人类对南极海岸带采取何种研究方式将最大限度地减少对生态系统的影响?极地海岸带区域在碳循环过程中有何重要作用?南北极周边海域的吸碳作用与南极大陆之间存在何种耦合关系?北极海岸线侵蚀退化将给人类社会、当地生态系统带来何种影响?北极海岸带区域如何响应气候变化、海洋污染、生物多样性降低和过度捕捞等问题?极地海洋、气候与生物地球化学过程与人类活动的耦合机制是什么，在人类发展历史中起到了什么作用?要回答以上这些问题，极地海岸带区域的调查监测和资源环境本底生态要素识别技术显得尤为重要。
9 K0 S% Y& @) H. p7 G' \# M加强极地海岸带区域调查监测，将有助于回答诸如全球气候变化等宏观问题。探明南北极资源环境本底、追踪时空变化特征、开展可视化模拟预测是摸清极地资源环境要素的基础，也是战略政策制定、权益维护的依据，更是提升我国参与极地事务主动权和话语权的重要保障。然而，南极和北极区域的特殊性与环境的复杂性使得大空间尺度、长时间序列的资源环境要素监测难度大、成本高，且在全球疫情的影响下极地实地调查监测也存在强烈的不确定性，如何以较低的成本实现对极地自然资源快速、准确的监测、模拟和评估成为另一个重要课题。
3.2 关键知识与技术体系构建
极地海岸带区域调查技术具有较为成熟的技术可参照，以遥感和现场调查监测为主要手段。现场观测和遥感探测是获得极地尤其是极地海岸带区域资源环境信息两种最有效的手段。由于极地远离人类活动范围，自然环境条件也比较苛刻，因此，采用遥感技术对极地区域进行观测，能够在短时间内获得大量的资料，并对极地环境要素进行变化特征分析，尤其是卫星遥感数据的运用，更是有着无可取代的意义。如何充分利用遥感和现场探测手段，以较低成本探明大空间尺度和长时间序列极地海岸带区域资源环境生态要素与变化时空特征，是目前亟须解决的难题，也是当前技术发展的重要方向。
针对极地海岸带探测所需的低成本高效率的技术发展方向，本研究整合了国内外近海海岸带以及海岛区域已得到广泛应用的知识图谱和技术体系，在此基础上构建了“双源数据挖掘-空间耦合模拟-区域综合评估-影响模拟预测”知识与技术体系(图3),旨在充分挖掘遥感数据的生态意义，构建极地实测数据与遥感影像的耦合关系，耦合单次实测数据和多维遥感数据，实现高精度的、长时间序列的极地资源环境关键要素空间模拟。同时，该体系可以综合考虑不同关键要素的时空特性，构建极地资源环境空间综合评估模型，产出一系列具有空间异质性的综合评估结果图层；还能采用仿真模拟等建立南北极环境与人类活动的系统映射，开展直接人为干扰和气候变化胁迫下的极地情景模拟，预测极地海岸带环境与生态系统的变化趋势，提出极地关键区域开发利用的影响预测。
& n2 T) b& V/ M' i4 S图3极地海岸带调查监测知识与技术体系构建
3.3 发展展望与预期成果
( X' T; Y% M& A0 ~4 b. A未来，将通过极地海岸带调查实践、前沿问题知识图谱构建、调查监测技术体系与资源环境生态要素耦合，来构建极地海岸带关键资源要素指纹库，实现南北极关键资源精准评估与环境可视化模拟。同时，将针对重点区域开展保护与开发的影响评估与预测，提供极地态势变化政策预研与形势预判。将通过国际合作等多种形式开展北极重点海岸带区域调查，为北极地区的全球变化响应和可持续发展做好基础储备与中国贡献。针对南极海岸带区域，将通过阶段式调查方案逐步实现关键区域的调查监测。此外，也将研究通过全面、综合、基于科学知识、基于生态系统和解决方案导向的海洋治理，制定有效的极地综合战略政策，以实现近极地资源与生态系统的可持续性管理。研究的关键点将集中在关键要素数据挖掘与空间分析、数据耦合与空间模拟、综合评估与自然分区、管理战略与保护对策等方面，具体如下文所述。
9 t. i- n8 S+ N: ~$ ]# R3 W3 X6 p极地海岸带资源环境关键要素数据挖掘与空间分析方面，由于现场实测获取难度大、成本高，而遥感影像具有便捷的获取来源、可靠的数据质量、长时间序列的数据及大尺度的空间显示等特点，因此将充分利用现场实测和遥感影像双源数据，形成南北极资源环境本底数据集，构建南北极关键资源与生态要素数据库。基于获取的双源数据，分析其在南北极管理上的指标性与重要性，形成关键要素数据库，为战略政策研究奠定基础。此外，遥感影像，特别是高分辨率、多(高)光谱遥感影像蕴含丰富的生态意义，因此可以通过地理信息技术和数学模型等对其生态意义进行充分挖掘，为开展空间耦合模拟奠定基础。
7 l! b1 p/ C; w! P, F极地海岸带区域数据耦合与空间模拟方面，将通过相关研究来实现南北极资源环境要素空间模拟、人类活动空间模拟。基于获取的单次的、点状的实测数据和长时间序列的、面状的遥感数据，建立实测数据和遥感数据的空间耦合关系，并采用回归分析、神经网络、随机森林等数学模型，建立二者的耦合关系，进而实现“由点到面”“由今仿明”的资源环境要素空间模拟。另外，将引入地缘政治、地区经济、人文活动、保护区行动、科考捕捞等人类活动关键指标，与自然资源指标整合。最终，以较低成本获取长时间序列、大空间尺度的极地关键要素空间数据，选取关键生态要素，反映从表层到底层、从宏观到微观的资源环境状况及相互联系，形成统一整体，构建包含人类活动的南北极可视化模型。
( ~& g5 ?( N( L针对极地海岸带区域综合评估与自然分区，将形成极地区域尤其是海岸带区域综合评估结果图层，以此搭建南北极可视化模型。具体而言，将基于南北极海岸带关键资源环境要素的空间数据，从不同视角提出以空间异质性为特色的综合评估模型，包括承载力模拟、脆弱性模型、生态健康模拟、生态韧性模型等，而各模型能够从不同视角反映极地生态系统和人类活动的综合特征，并产出一系列具有空间异质性的评估结果图层。接着，结合南北极空间模拟与可视化模型的构建，通过不同结果的叠加与综合评估，为南极生态空间分区奠定基础。之后，通过整合观测数据、模型模式、虚拟仿真和人工智能等手段，建立系统的特征、过程和机制的数字化映射，搭建可视化模型。最终，通过空间评估结果叠加，展现复杂的多元的南北极空间场数据评估结果，模拟不同情景下的极区表达，理解、控制和优化现实极地保护与开发。
0 B# ~- g" I' U) b8 c! J0 C/ e构建极地海岸带区域资源生态管理与保护战略政策体系方面的研究则将助力我国极地事务管理主动权和话语权的提升。具体将采用情景分析法，结合从全球环境变化、人类开发强度变化、国际政治态势变化3个方面设定多种未来情景变化，并分析预测不同情境下极地资源环境态势变化。接着根据南极开发与保护情况，形成适应我国战略需求的生态保护区、人类活动区、科考开发区等不同分区结果，提供精准保护与开发对策建议。此外，也将为极地战略对策提供现场数据与预测模拟相结合的综合支持，实现极地资源环境态势变化预测、分区保护开发政策建议、区域人类活动影响预测。
4 结语
本研究提出了极地海岸带的概念，并从海岸带内涵与定义思考了极地海岸带、海岸线的内涵和范围。鉴于海岸带是人类经济活动和人口最为集中的区域，本研究也根据极地海岸带的特征分析了其特殊性和重要性。在此之上，从国内外极地考察实践中梳理分析了与极地海岸带相关的调查监测实践，从调查监测技术发展和涉及学科领域两个角度进行了回顾与总结。据此，分析了极地海岸带调查研究的前沿问题，讨论了极地海岸带区域人类活动与生态系统的相互影响，并提出了极地海岸带资源生态要素的调查监测发展方向，即充分利用遥感和现场探测手段，以较低成本探明大空间尺度和长时间序列极地海岸带区域资源环境生态要素与变化时空特征。此外，还整合了国内外近海海岸带以及海岛区域已得到广泛应用知识图谱和技术体系，构建了“双源数据挖掘-空间耦合模拟-区域综合评估-影响模拟预测”知识与技术体系，并对其未来的发展和将取得的重要成果进行了展望，为我国构建极地海岸带区域资源生态管理与保护战略政策体系、提升极地事务管理主动权和话语权提供了基础与支撑。
# a' m  G0 u8 t- V0 S7 M+ u作者简介
刘大海，自然资源部第一海洋研究所海岸带科学与综合管理重点实验室，中国海洋大学海洋发展研究院，正高级工程师、博士生导师，博士，研究方向为海洋空间规划与海洋政策
# f) n) t4 o* c( k/ f王春娟，自然资源部第一海洋研究所海岸带科学与综合管理重点实验室，中国海洋大学海洋发展研究院，高级工程师、硕士生导师，博士，研究方向为海洋空间规划与海洋创新评价
刘镇杭，自然资源部第一海洋研究所海岸带科学与综合管理重点实验室
杨晓阳，山东科技大学 海洋科学与工程学院
于莹，自然资源部第一海洋研究所海岸带科学与综合管理重点实验室
孙浩，国家海洋信息中心
池源，自然资源部第一海洋研究所海岸带科学与综合管理重点实验室

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信息来源：刘大海,王春娟,刘镇杭,杨晓阳,于莹等.极地海岸带调查及前沿问题探析[J].海洋开发与管理,2023,40(3):3-12 。