《Advances in Space Research》：Current and Projected Impacts of Climate Change on Arabian Gulf Sea Level Rise
编辑推荐：
海平面上升对伊拉克法尔地区的影响及适应性策略研究，通过分析1985-2022年LULC变化与1992-2023年卫星测高数据，量化历史SLR为4.2毫米/年，预测2100年RCP8.5情景下SLR达0.56-0.93米，揭示法尔地区海岸线动态变化及高风险区，强调需采用遥感技术制定适应策略。
Bassim Mohammed Hashim|Maitham A. Sultan|Abdulzahra A. Alhelo|Mayadah W. Falah|Ravinesh C. Deo|Suhair A. Abduljabbar|Shamsuddin Shahid|Sajjad Firas Abdulameer|Khairul Nizam Abdul Maulud|Zaher Mundher Yaseen
伊拉克巴格达科学技术部环境、水资源与可再生能源司
摘要
海平面上升（SLR）是气候变化的一个关键后果，对伊拉克海岸构成了重大威胁，而该地区具有巨大的经济和战略重要性。本研究全面分析了海平面上升对伊拉克南部Faw地区的历史影响和预测影响。研究了1985年、2001年和2022年的土地利用和土地覆盖变化（LULC），并评估了在1米、2米和3米海平面上升情景下的淹没风险。此外，利用卫星测高数据（TOPEX/Poseidon、Jason-1、Jason-2、Jason-3和Sentinel-6 MF）量化了1992年至2023年阿拉伯湾的历史海平面上升情况，并根据代表性浓度路径（RCP）4.5和8.5情景预测了2040年、2060年、2080年和2100年的未来海平面上升情况。研究结果表明，土地利用和土地覆盖发生了显著变化，植被和棕榈林面积从1985年的87平方公里减少到2022年的70平方公里，同时由于沉积和侵蚀作用，Faw地区的总面积也发生了动态变化。海平面上升淹没情景显示，包括Saat al-Arab、Faw城市及其周边村庄在内的关键区域面临很高的淹没风险，尤其是在3米海平面上升情景下。根据RCP8.5情景的预测，阿拉伯湾北部地区的海平面上升幅度将在2040年增加0.145–0.15米，2060年增加0.231–0.262米，2080年增加0.397–0.411米，到2100年达到0.56–0.93米。鉴于伊拉克海岸的深远经济和战略价值，这些发现强调了迫切需要制定积极的长期规划。开发和实施利用现代监测和决策技术的适应策略，以确保这一重要沿海地区的可持续发展和韧性。
引言
气候变化及其对人口、生态系统和社会的负面影响已成为一个全球性的重要问题（Bayatavrkeshi等人，2023年；Li等人，2019年）。最近的数据表明，2011-2020年间全球表面温度相对于1850–1900年的基准值上升了1.09°C，陆地上的升温幅度（1.59°C）大于海洋（0.88°C）（Péan和Romero，2023年），这突显了这一挑战的紧迫性。为此，国际框架如《巴黎协定》旨在将升温限制在远低于2°C的水平，并努力将其限制在比工业化前水平高1.5°C以内（Schleussner等人，2016年）。全球温度上升的一个主要直接后果是海平面上升（SLR），这是由海水热膨胀和主要冰川融水的流入共同驱动的（Hereher，2020年）。海平面上升的影响在沿海地区尤为显著，这些地区被认为是世界上最脆弱和最富生产力的生态系统之一（Gargiulo等人，2020年；Reguero等人，2015年）。世界上最脆弱和最富生产力的生态系统之一就位于沿海地区（Mani Murali等人，2013年）。这些系统本质上是动态且复杂的，受到水文、地质、气候和植被相互作用的影响，因此对直接和间接的气候变化都非常敏感（Guariglia等人，2009年）。
气候变化对沿海地区的影响尤为严重。政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第六次评估报告（AR6）以高信心度确认，气候变化加剧了土地退化和沙漠化，对低洼沿海地区、河口三角洲和干旱地区造成了严重影响（Péan和Romero，2023年）。这些沿海地区是重要的社会经济中心，特别是对于那些海岸线人口密集的国家，它们为经济增长、旅游业和生命支持提供了必要的资源（Goncalves和Awange，2017年）。海岸线的固有动态性使它们对环境压力异常敏感。它们处于不断变化的状态，受到气候因素、海洋过程（例如海平面变化、潮汐）以及人为因素（如土地利用和基础设施发展）的复杂相互作用的影响（Donchyts等人，2016年；Ashraful Islam等人，2016年；Peponi等人，2019年）。阿拉伯湾就是一个典型的例子，这是一个广阔的内陆海，面积约为251,000平方公里，长度为816公里，宽度在250至300公里之间（Schleussner等人，2016年）。
阿拉伯湾的特点是水深较浅，最大深度为94米，平均深度不到50米。由于自然和人为压力的共同作用，该海湾目前正经历显著的环境退化，因此对环境压力特别敏感（Pous等人，2015年）。影响阿拉伯湾的严峻自然和人为压力导致了环境退化（Hereher，2020年）。在伊拉克，巴士拉省的58公里海岸线虽然狭窄，但具有极高的战略重要性，因为它是该国唯一的海上通道。这一沿海区域以广阔的Saat al-Arab三角洲为主，由幼发拉底河、底格里斯河和卡伦河的交汇形成（Pohl等人，2014年）。因此，该地区的地缘政治和经济稳定对伊拉克至关重要，因为它拥有该国最大的油田、主要港口和重要的农业用地（Abbas等人，2020年）。因此，实施有效的海岸管理政策，特别是加强海岸线监测，是政府的优先事项（Via?a-Borja和Ortega-Sánchez，2019年）。为此，遥感技术已成为不可或缺的工具，提供了成本效益高且强大的手段，用于海岸线划定和长期监测沿海动态（Ford，2013年；Elnabwy等人，2020年）。
分析土地利用和土地覆盖（LULC）变化是制定有效的科学和政策措施以评估沿海风险的基本要求（Baby，2015年）。沿海LULC模式具有高度动态性，受到海洋过程（波浪、潮汐、海平面上升）、气候因素（风）和直接人类活动（Mani Murali和Dinesh Kumar，2015年）的共同影响。为了监测这些变化，像Landsat这样的遥感平台特别适合大规模、长期观测陆水界面（Gong，2012年；Kovalskyy和Roy，2013年；Thakur等人，2021年）。为了从卫星图像中有效划定海岸线，采用了多种图像处理技术，其中水指数是一种区分水体和其他陆地特征的重要方法（Kuleli等人，2011年；Li和Gong，2016年；Mondal等人，2024年）。其中，归一化差异水指数（NDWI）被广泛用于通过区分陆地和水体来识别海岸线。该指数也被证明有效用于检测全球土地覆盖的广泛变化（Tao等人，2022年）。
为了提高区分陆地和水的准确性，广泛使用了改进的归一化差异水指数（MNDWI）。该指数已被证明在自动绘制海岸线方面非常有效，使其成为沿海研究中的宝贵工具（Cui和Li，2011年；Li等人，2016年；Kelly和Gontz，2018年）。同时，通过一系列专门的卫星雷达测高任务实现了全球平均海平面（GMSL）的连续监测。这一关键的气候记录每10天提供一次GMSL估计值，不确定性约为3–4毫米，始于1992年的TOPEX/Poseidon任务。后续任务包括Jason-1（2001–2013年）、Jason-2（2008–2019年）、Jason-3（2016年至今）以及最近的Sentinel-6 Michael Freilich（MF）（2020年至今）（“海洋地形和冰冻圈部门/卫星测高实验室/海平面上升”，无日期）（https://www.star.nesdis.noaa.gov/socd/lsa/SeaLevelRise/）。
先前的研究已经成功使用了Landsat卫星数据和各种光谱水指数（例如NDWI、MNDWI）以及归一化差异植被指数（NDVI）来分析印度、埃及、西班牙、意大利和美国的不同沿海地区的海岸线变化和陆地-水相互作用（表S1）。这些研究表明，遥感在检测海岸侵蚀、土地复垦和水文变化方面非常有效。然而，关于伊拉克海岸的研究仍有明显空白，特别是在巴士拉地区，那里环境、气候和人为因素在一个狭窄但具有地缘政治重要性的走廊内交汇。与以往的区域分析不同，本研究结合了多时相Landsat图像（1985–2022年）和先进的水分相关指数，生成了沿海土地覆盖动态和海岸线变化的全面时空评估。通过将这些观测结果与卫星衍生的海平面数据和预测的气候情景相结合，本研究首次详细评估了伊拉克有限海岸线的历史和未来变化。这项工作的创新之处在于将其已验证的遥感框架（如表S1所总结）应用于之前未研究且数据稀缺的海岸线，从而为国家海岸管理、气候适应和可持续发展规划提供了必要的基础地理空间见解。
本研究的主要目标是：（i）使用Landsat 5 TM和Landsat 9 OLI2数据量化并分析Faw地区的LULC动态，包括计算NDVI、NDWI和归一化差异湿度指数（NDMI），以了解随时间变化的景观；（ii）通过分析2012年至2023年的高潮和低潮数据来研究潮汐变化对沿海环境的影响；（iii）通过建模和分析1米、2米和3米海平面上升情景下的淹没情况来评估Faw地区的沿海脆弱性，以识别高风险区域；（iv）通过分析1992年至2023年的TOPEX/Poseidon、Jason-1、Jason-2、Jason-3和Sentinel-6 MF卫星测高数据来确定阿拉伯湾的历史海平面上升率；（v）根据RCP 4.5和RCP 8.5情景预测21世纪的阿拉伯湾未来海面高度（SSH），以了解长期气候变化的影响。
研究区域
研究区域
巴士拉位于阿拉伯湾北部，底格里斯河和幼发拉底河在此注入Saat al-Arab。它是该地区唯一的永久性淡水来源（al-Jaffal和Khalaf，2021年）。Faw地区位于Saat al-Arab水道的西南边缘，如图1所示。其地理坐标大约在北纬29°78'至30°19'，东经48°17'至48°85'之间。该地区包括伊拉克58公里长的海岸线，
Faw地区的数字高程模型（DEM）
Faw地区的DEM显示，阿拉伯湾对面的Ras al-Bisha海域以及Saat al-Arab沿岸地区的海拔最低，仅高出海平面2米，如图3所示。然而，研究区域的中心、西部和西北部地区的海拔超过11米。
NDVI
图4显示了1985年、2001年和2022年Faw地区的NDVI值。结果显示，最高的NDVI值为0.260，
讨论
对Faw地区LULC类别的研究发现，1985年、2001年和2022年之间发生了显著变化。在研究期间，荒地类型占据了大部分地表面积，分别为821.5平方公里、895.8平方公里和695平方公里。盐碱地面积从1985年的156平方公里增加到2001年的203平方公里，然后略微减少到2022年的196平方公里。此外，湿润区和沙丘区占据了Faw地区大部分地表类型。相比之下，植被面积
主要发现
本研究的主要发现强调了Faw地区对气候变化的脆弱性。根据分析，海岸线是动态的，2022年的总土地面积为1239.1平方公里，反映了沉积和侵蚀的作用。1992年至2023年间，阿拉伯湾的海平面上升速率为每年4.2毫米，远高于同期全球平均的3.1毫米/年。根据RCP8.5情景预测，到2100年海平面上升将达到0.56–0.93米，预示着严峻的形势。
未引用的参考文献
Admiralty Total Tide，2024年；Altemimi等人，2023年；Altemimi等人，2023年；ICDC，2024年；巴士拉大学海洋科学中心，2024年；“海洋地形和冰冻圈部门/卫星测高实验室/海平面上升”，无日期。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢伊拉克巴格达的科学研究委员会（https://src.edu.iq/）在完成本手稿过程中提供的支持。同时非常感谢巴士拉大学的海洋科学中心提供了伊拉克海岸的潮汐数据。
