月表高程分布特征及其分级标准初探

月球是地球的唯一天然卫星,也是现阶段深空探测的主要天体。月表形貌研究有助于了解月球的状态、结构和组成,能够为探究月球起源和演化等科学问题提供直接、可靠的证据。与地貌分类相比,月貌研究起步较晚,发展较为缓慢。尽管月貌研究已取得了一定进展,但月球形貌分类过程中仍旧缺乏对于形貌指标,如高程等的应用,对于形貌特征的描述仍存在部分缺失。本文通过分析月球表面高程的整体特征以及月海、撞击坑、南极艾肯盆地等典型地质构造单元的高程特征,认为-2500 m等高线能够较好的区分月海内部区域;-1500 m等高线能够较好的区分月海区域与月陆区域;1000 m等高线与南极艾肯盆地边界拟合程度较好;3000 m等高线能够较好地突出月陆地区撞击坑的边界。在此基础上,提出以-2500 m、-1500 m、1000 m、3000 m 4个高程值作为月球形貌分类体系中的高程分类标准,将月球表面划分为极低海拔、低海拔、中海拔、高海拔和极高海拔5个形貌类型。     

基于CE-1数据的数字月海分形刻画及其动力学意义

月海是月球表面的主要地理单元。对月海地貌特征的研究能够认识月表起伏及其动力学成因。依据CE-1 影像图和全月球数字高程模型数据,提取了南北半球不同纬度地区、不同填充岩性的典型月海范围,运用盒维数法、立方体覆盖法和多重分形q-Dq语言对月海边界及其地形表面的地貌特征进行了线和面的描述和研究。结果表明：① 分形方法可以有效地描述月球地貌的复杂程度。月海边界的分维值介于1.065~1.100 之间,平均值为1.086,标准差为0.014,在双对数坐标下5 个月海区边界复杂度拟合的直线都近似平行。② 月海地形表面的分维值介于2.704~2.852 之间,5 个月海地形表面的分维值标准差为0.051,ln δ -lnN（δ）图也近似平行,但截距的离散程度相较于月海边界的高。③ 月海地貌多重分析的q-Dq曲线图总体呈现非递增趋势,Dq值在q=-10 和q=0 时基本达到饱和,但差异较小。④ 从线、面单分形以及多重分形可见,5 个月海均具有分形特征,但彼此之间差异较小。其动力学意义在于它们在形成之后,内动力作用基本停止或很小,与分形特征基本一致;而外力主要由陨石撞击作用少量地改变着月表的面貌,导致在分形特征上表现出差异性。     

基于“嫦娥一号”数据的月表撞击坑特征的多参数统计分析

撞击坑是月表最主要的地貌形态,相关研究多采用撞击坑深度和坑口直径比值作为月球形貌研究依据。事实上撞击坑的形状不是典型的圆锥,而是上大下小的截锥形。依据"嫦娥一号"影像图和全月球数字高程模型数据,获取了1000个撞击坑坑唇等效半径r₁、坑底等效半径r₂,撞击坑的深度h,进而对r₁、r₂、h三个参数进行了统计分析和聚类分析。结果表明:(1)撞击坑数目与r₁和r₂的分形维数分别为D₁=1.88、D₂=1.51,都大于地球撞击坑的分维数1.16,表明月表撞击坑复杂度受到外界的影响较地球低,且坑唇的复杂度比坑底高;(2)r₁-r₂之间具有很好的线性正相关关系,聚类结果将其分为三类,决定系数分别为R₁²=0.685、R₂²=0.886、R₃²=0.974;(3)对r₁-r₂-h三者进行线性拟合,决定系数R₂=0.968,表明三者之间同样具有显著线性关系,且月表撞击坑的形成过程以及形成之后都处于相似的动力环境下。     

基于 SRTM DEM 的祁连山自然保护区地形特征研究

基于研究区的 SRTM DEM 模型，应用 ArcGIS10.5 空间分析模块及 Excel、SPSS 数据统计分 析功能，采用均值变点分析法确定地形起伏度的邻域分析最佳统计单元；提取了研究区高程、地形 起伏度、地形坡度、地表粗糙度和地表切割度 5 个地形因子，以分析研究区的地形特征。结果表明： 研究区地形起伏度最佳统计单元为 11 像元×11 像元（0.98 km²），地形起伏度为 0～1 216 m。研究区 包含 13 种地貌类型，87.28%的区域为中海拔，中海拔平原、台地、丘陵为主要地貌类型。走廊南山、 冷龙岭、乌鞘岭和龙首山地平行分布，台地、丘陵穿插其中，地形复杂。研究结果为进一步探索自 然保护区的生态保护、开发利用等具体问题提供了基础数据支持。     

新疆地貌及其过程对公路交通建设的影响

新疆地域辽阔,有“三山两盆”,地形复杂,类型多样。山地、平原、沙漠、湖泊面积所占比重依次为39.11%、40.05%、20.48%和0.36%。山地与盆地海拔高差达8765m;以海拔500～1500m面积居多。坡度0°～3°的面积占67.77%;地形起伏0～50m/km2的面积占63.83%。受地貌条件的限制,公路不得不翻山越岭、在山麓平原连续跨沟和穿越沙漠。不同地貌类型特点各异,其对公路建设的影响不同。受新构造运动作用,山、盆高差大,现代地貌过程自盆地中心往周边高山依次是风蚀风积→流水堆积→干燥剥蚀→流水侵蚀→冰缘冰川寒冻作用,其中风力、流水、冻融及重力作用对公路的影响较大,主要是引起风沙、山洪泥石流、滑坡、崩塌等7种公路病害。针对地貌过程加剧引起公路病害发生特点,提出了6条防治建议。     

1∶35万《库姆塔格沙漠地貌图》的编制

沙漠地貌图是认识和研究沙漠的基础图件,编制《库姆塔格沙漠地貌图》是国家科技基础性工作专项“库姆塔格沙漠综合科学考察”内容之一。本文全面总结了《库姆塔格沙漠地貌图》编制的思路和技术。考虑到库姆塔格沙漠地貌类型、分布规律及其形成和演变的需要,以及印刷纸张规格的限定,《库姆塔格沙漠地貌图》比例尺确定为1∶35万。选用的地理基础底图为20世纪70年代的1∶25万地形图,并以1∶10万地形图上作等高线和其他重要地理内容的补充。专题内容以2000—2007年的TM卫星数据为主,部分细节内容以Google Earth影像资料作补充。地貌图专题内容包含地貌类型、高度以及活动性等3层信息。地貌类型包括风成地貌、流水地貌、干燥剥蚀地貌、冰川冰缘地貌以及其他地貌等5大类,其中风成地貌是《库姆塔格沙漠地貌图》重点展示的内容。风沙地貌共分为13种类型,以符号表示,沙丘高度通过分层设色表示,用箭头符号表示沙丘移动方向。为了真实反映沙丘类型及其排列规律,本图对主要沙丘（高度一般大于10 m）都是准确定位描绘,而由于制图比例尺的限制,对一些次要沙丘（高度一般小于10 m）未作定位描绘,仅作示意。由于库姆塔格沙漠发育于阿尔金山北麓的倾斜洪积平原上,所以,洪积扇和干河道也是本图重点反映的内容。《库姆塔格沙漠地貌图》尽量应用现代计算机制图和数字化技术,对可以数字化的信息全部数字化。本图为研究库姆塔格沙漠提供了丰富信息。     

环嵩山地区9000-3000aBP聚落分布与区域构造的关系

利用GIS叠置分析与统计分析,按照裴李岗、仰韶、龙山、夏商四个时期对环嵩山地区9000-3000 aBP 聚落分布特征与区域构造及地貌的之间关系进行分析。结果显示,早期聚落分布与区域构造存在密切的关系,构造活动深刻影响着区域地形的高低起伏与地势的陡峭和缓,而早期聚落选址对于平坦地形的偏好使得聚落分布时空特征形成过程中与区域构造密切相关。由于主要受正断层控制,环嵩山地区东部华北坳陷与嵩箕台隆地带呈整体抬升与下降特征,区域发育有大量断块山地丘陵、断陷盆地、平原等地势平坦的地貌单元,大量早期聚落分布于这一区域,甚至一些海拔较高、顶部平坦的山地、丘陵顶部也有早期聚落分布。而边缘地带的熊耳山、外方山、伏牛山等区域,由于多为褶皱控制的褶皱构造山地,区域平坦地形较少,早期聚落则分布较少。环嵩山地区9000-3000 aBP聚落分布与区域构造关系研究表明,早期人类与自然环境的交互作用中,环境起到基础性作用,其为人类活动提供了不同自然条件的多种舞台。而人类活动在这一过程中具有主观能动性,其通常依据自身的文化特征,选择适合自身发展的自然环境栖息、生活。     

青藏高原地形起伏度及其地理意义

地形起伏度是区域人居环境适宜性与资源环境承载力的关键评价指标之一。当前有关其最佳评价窗口、及其与海拔—相对高差的相互关系仍缺乏深入研究,进而影响该指标对区域地形起伏的有效表征。客观认识青藏高原地形起伏度有助于促进其国家生态安全屏障建设与区域绿色发展。以先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型（ASTER GDEM, 30 m）地形数据（V2）为基础,本文利用均值变点分析法确定了青藏高原地形起伏度评价的最佳分析窗口,基于地形起伏度模型（RDLS）研制了青藏高原首套30 m地形起伏度专题图,据此分析了地形起伏度与海拔、相对高差的相互关系,并界定了地形起伏度对区域地形起伏状况的有效表征。主要结果/结论包括：① 基于GDEM的青藏高原地形起伏度评价最佳窗口为41×41个像元的矩形邻域,对应面积约为1.51 km²,均值变点分析表明区域地形起伏度评价最佳窗口有其唯一性。② 青藏高原地形起伏度均值约为5.06,超3/5区域地形起伏度介于4.5~5.7之间;整体上,青藏高原地形起伏程度由其东北部向西南部、西部递增,仅在柴达木盆地、藏南谷地以及河湟谷地出现低起伏地貌特征。且地表起伏在不同纬度剖面变化较为一致（沿山脉走向）,但不同经度剖面起伏层次错落（横切山脉走向）。③ 相关性分析表明不同地形起伏度分别对应不同平均海拔、不同相对高差的地貌单元。青藏高原地形起伏度经纬向剖面分析表明,该区由东部的低山稳步爬升,山体经历骤然爬升（即地表起伏特征剧烈）后形成以极高山为主的有序错落起伏（喜马拉雅山脉）。     

秦岭-黄淮平原交界带自然地理若干特征分析

文章探讨了秦岭-黄淮平原交界带划分的依据和方法,然后就其自然地理过渡性、暴雨频繁发生和坡地暖带及其自然地理效应进行讨论。研究表明:交界带自然地理要素不仅具有西部山地和东部平原之间的过渡性,而且北亚热带和暖温带地理成分在这里彼此交汇。交界带暴雨频繁,且以大暴雨为主,集中分布在海拔100~200 m之间。交界带冬季气温高于平原0.5~0.8℃,1月最高气温出现在海拔350~400 m之间,形成特有的坡地暖带,暖带厚度100~250 m。交界带暴雨频繁和暖坡效应是大气环流和交界带地貌格局共同作用的结果,且对本区土壤发育和植物分布等具有重大影响。     

京津冀接壤区土壤表土层中碳酸钙的分布规律

通过对京津冀接壤区表层土壤进行网格化调查与采样,采用气量法测定样品碳酸钙含量,运用GIS软件进行Kriging插值,分析区域表土层中碳酸钙含量的空间分布特征,在与区域地貌类型、年均降水量、土壤类型进行空间叠加分析的基础上,揭示碳酸钙含量的分布规律及其成因.结果表明:研究区绝大部分表土层中碳酸钙含量在10～110 g/kg,其与气候相似的北美中东部区域土壤中碳酸钙含量相比明显偏高,将对土壤重金属产生一定的抑制作用;部分山地棕壤及淋溶褐土表土层中由于大气干沉降也存有极少量的碳酸钙.碳酸钙分布规律为:东南角子牙新河冲积平原上发育的滨海盐土、西北部怀来盆地及其山麓的石灰岩或风积黄土母质上发育的碳酸盐褐土和潮褐土中碳酸钙含量最多,北部燕山南麓区普通褐土和淋溶褐土、东南部永定河冲积平原上发育的潮土中碳酸钙含量次之,中部潮白河沉积平原上发育的潮土、西部太行山和东北部燕山中上部发育的山地棕壤和山地草甸土中碳酸钙含量最少.在3个相关因素中,地貌是控制表土层碳酸钙含量的主要因素.     

Morphological differentiation characteristics and classification criteria of lunar surface relief amplitude

Lunar landforms are the results of geological and geomorphic processes on the lunar surface. It is very important to identify the types of lunar landforms. Geomorphology is the scientific study of the origin and evolution of morphological landforms on planetary surfaces. Elevation and relief amplitude are the most commonly used geomorphic indices in geomorphological classification studies. Previous studies have determined the elevation classification criteria of the lunar surface. In this paper, we focus on the classification criteria of the topographic relief amplitude of the lunar surface. To estimate the optimal window for calculating the relief amplitude of the lunar surface, we use the mean change-point method based on LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter) Digital Elevation Model (DEM) data and SLDEM2015 DEM data combining observations from LOLA and SELenological and Engineering Explorer Terrain Camera (SELENE TC). The classification criterion of the lunar surface relief amplitude is then determined according to the statistical analysis of basic lunar landforms. Taking the topographic relief amplitudes of 100 m, 200 m, 300 m, 700 m, 1500 m and 2500 m as thresholds, the lunar surface is divided into seven geomorphic types, including minor microrelief plains (< 100 m), minor microrelief platforms [100 m, 200 m), microrelief landforms [200 m, 300 m), small relief landforms [300 m, 700 m), medium relief landforms [700 m, 1500 m), large relief landforms [1500 m, 2500 m) and extremely large relief landforms (≥ 2500 m). The minor microrelief plains are mainly distributed in the maria and the basalt filled floors of craters and basins, while the minor microrelief platforms are mainly in the transition regions between the maria and highlands. The microrelief landforms are mainly located in regions with relatively high topography, such as wrinkle ridges and sinuous rilles in the mare. The small relief landforms are mainly scattered in the central peak and floor fractures of craters. The medium relief landforms are mainly distributed in the transition regions between crater floors and crater walls, between crater walls and crater rims, between basin floors and basin walls, and between basin walls and basin rims. Large and extremely large relief landforms are mainly found along crater walls and basin walls. The classification criteria determination for assessing lunar surface relief amplitude described in this paper can provide important references for the construction of digital lunar surface geomorphology classification schemes.     

月表形貌特征研究进展及趋势分析

在月球探测及科学研究过程中,对月表形貌特征的认识和分析是月球探测计划的关键任务之一,有助于理解和揭示月球的形态特征及空间分异规律,对于分析月球岩石构造、估算月表年龄、反演月壤厚度、恢复月球的起源和演化历史等都具有重要意义。从月表形貌特征的塑造及表达、宏观特征的分析与定量刻画、月表撞击坑的识别与分类及空间分异特征等几方面进行了归纳和分析,提出了未来月表形貌的研究方向,包括全月球形貌特征的多级分区划分、撞击坑类型的划分、全月球撞击坑空间分异特征及规律的研究、基于撞击坑空间分布探讨月球演化、基于形貌特征的比较行星学研究等。     

Automatic mapping of lunar landforms using DEM-derived geomorphometric parameters

Developing approaches to automate the analysis of the massive amounts of data sent back from the Moon will generate significant benefits for the field of lunar geomorphology. In this paper, we outline an automated method for mapping lunar landforms that is based on digital terrain analysis. An iterative self-organizing (ISO) cluster unsupervised classification enables the automatic mapping of landforms via a series of input raster bands that utilize six geomorphometric parameters. These parameters divide landforms into a number of spatially extended, topographically homogeneous segments that exhibit similar terrain attributes and neighborhood properties. To illustrate the applicability of our approach, we apply it to three representative test sites on the Moon, automatically presenting our results as a thematic landform map. We also quantitatively evaluated this approach using a series of confusion matrices, achieving overall accuracies as high as 83.34% and Kappa coefficients (K) as high as 0.77. An immediate version of our algorithm can also be applied for automatically mapping large-scale lunar landforms and for the quantitative comparison of lunar surface morphologies.     

基于CART决策树的双尺度流域单元地貌分类研究——以北回归线(云南段)地区为例

针对当前单一地貌划分单元造成的分类结果破碎或漏分问题,该文引入双尺度流域单元划分方法,即采用两种不同大小流域单元的组合作为地貌划分基本单元,以提高地貌划分的细分性和完整性。以30 m ASTER GDEM数据为数据源,基于最佳地形因子组合(高程、地势起伏度、坡度、坡度变率、光照模拟值)、双尺度流域单元、CART决策树算法,实现了北回归线(云南段)地区平原(2类)和山地(7类)共9类地貌的划分,双尺度流域单元划分的最佳流量阈值分别为500、2000。通过平均值、标准差、Moran′s I和人工判读结果对分类结果进行检验,发现基于CART决策树的双尺度流域单元地貌分类方法在北回归线(云南段)地区总体精度可达82.1%,Kappa系数为0.793,总体能够准确识别出研究区的地貌类型空间分布特征,是地貌类型划分的一种可行方法。     

Supervised landform classification of Northeast Honshu from DEM-derived thematic maps

This paper proposes a quantitative method to classify landforms using four morphometric parameters from DEM-derived thematic raster maps of slope and topographic openness. Because the different surficial processes and stages in the evolution of slopes create landscapes with different shapes, these parameters may lead to a genetic interpretation of topography. The raster maps of slope and topographic openness were constructed for Northeast Honshu, Japan, from 50-m DEMs. The mean and standard deviation of morphometric parameters within a 3050 m by 3050 m moving window on the raster maps were calculated. The results for some training areas show that constructional/depositional and erosional landforms with different relief have different morphometric characteristics. A supervised landform classification for Northeast Honshu using the knowledge from the training areas revealed a ladder geomorphological structure composed of high mountains, ranges and volcanoes. The close relationship between the ladder geomorphological structure and volcano distribution indicates that the structure reflects the magmatic plumbing system from the upper mantle to the crust of the Northeast Honshu arc.     

基于DEM的地貌实体单元自动提取方法

我国传统地貌基本形态类型分类强调地貌单元的完整性,界线划分沿地貌实体边界而非规则统计单元,目前尚缺乏地貌实体单元的有效自动提取方法。针对这一难点,本文提出一种基于DEM的地貌实体单元数字提取方法。利用坡度分级,并搜索相邻栅格单元、计算坡度级别内相互连通栅格的面积,建立坡度、面积阈值综合判别规则进行山地平原的自动划分;利用地形倒置、水文淹没分析,将山体划分的二维判别规则扩展到实际三维地形中,并结合地形结构线提取算法进行山体界线自动提取、确定山地地貌实体单元。结果表明,该方法符合我国传统地貌分类体系,能够较好实现山地/平原的自动划分和山体界线的数字提取。     

嫦娥一号月球地形模型的一些应用研究

利用嫦娥一号绕月卫星激光高度计数据获取得到的新的360 阶次的地形模型CLTMs03,开展了初步应用研究,包括对嫦娥一号CCD立体相机数据进行了校对,发现并了解立体相机分析中的约900 m的垂向系统误差;利用撞击坑计数法,基于标校后的照相数据对嫦娥一号地形中新发现的玉兔火山区域的年龄特征进行了分析;结合新的CLTM-s03 地形模型和CEGM-02 重力场模型,新证实了西拉德撞击坑是一个布格质量瘤异常区域。     

基于侧扫声呐影像的南海珊瑚礁沉船及周边地形重建

利用南海某珊瑚礁区所获得的一艘沉船的单幅侧扫声呐影像,定量重建了沉船及其周边地形。沉船区侧扫声呐数据经过格式转换、影像生成、水体去除、影像增益校正和坐标转换等预处理后,采用明暗恢复形状（Shape From Shading, SFS）方法反演声呐影像的水深,获得沉船区的水下地形数据,重建了该区域的三维地形地貌。结果显示,沉船位于珊瑚礁西侧礁坡区,该区为典型的礁坡地貌形态,由东向西水深递增,变化于-1.8~-165.4 m之间,按水深和坡度的不同可划分为地势较平缓的两级阶地和地势陡峭的两级坡地。沉船坐底于礁坡第二级阶地（宽约87 m,平均水深约-26.7 m,平均坡度约5.7°）,船体呈EES—WWN走向,长约45 m,宽约9 m,高约4 m,排水量估计为500~600 t,船体残破。利用侧扫声呐影像开展地形地貌的定量反演和重建是对侧扫声呐影像地形地貌定性分析的有效补充,能更全面、更详细地揭示珊瑚礁地形地貌的特征。     

第四纪江汉-洞庭盆地东部中段构造-沉积地貌类型划分及特征

以第四纪构造活动、沉积作用以及现今地势高低和地貌形态特征为主要依据,对江汉-洞庭盆地东部中段及其东缘(1:25万岳阳市幅)进行构造-沉积地貌类型的划分与编图。研究区共厘定出9种构造-沉积地貌类型,各地貌类型的地表高程、第四纪地壳升降特征、风化剥蚀和沉积作用等各具特征。构造-沉积地貌类型的划分及其地貌图的编制,既反映出地表地理环境暨地貌特征,又提供直观表达不同地区第四纪地层、构造特征及其反映的地质与环境演化过程的有效途径,有助于促进和深化江汉-洞庭盆地第四纪地质与环境研究。