地形信息对确定DEM适宜分辨率的影响

分辨率会直接影响基于栅格数字高程模型（DEM）的数字地形分析结果,因此在实际应用中,需要选择适宜的DEM分辨率。目前采取的基本方法,基于某种地形信息定量刻画尺度效应曲线,从而确定DEM适宜分辨率,但对于采用不同地形信息时所产生的影响尚缺乏研究。本文针对该方法中通常采用的坡度、剖面曲率、水平曲率等3 种地形信息,每种地形信息提取时,分别使用两种不同的常用算法,在3 个不同地形特征的研究区中,逐一计算其在不同分辨率下的局部方差均值,以刻画尺度效应曲线,确定相应的DEM适宜分辨率,并进行对比分析。结果表明：① 采用剖面曲率或水平曲率所得适宜分辨率结果基本相同,但采用坡度所得出的适宜分辨率结果则有明显差别,后者所得的适宜分辨率更粗;② 采用不同地形信息时,越是在平缓地形为主的研究区,所得的适宜分辨率结果越相近,在复合地形特征的研究区所得到的适宜分辨率区间均明显较宽;③ 地形属性计算时所用的算法对适宜分辨率结果的影响不明显。     

一个计算山地地形参数的计算机模式

本文提出了一个虚拟次网格二维差分格式,依此建立了一个计算山地小地形参数(即局地平均坡向、坡度和地形遮蔽角)的通用计算机模式。模式的输入参数为研究地区的拔海高度网格化后的资料、空间格距和网格点数;模式的输出结果为每个格点上的坡向、坡度及沿任一方位上的地形遮蔽角以及一些地形统计值。由此,可较准确、客观地制作出研究山区的坡向、坡度图和地形遮蔽图。经实测验证,模式的计算值与实测值比较吻合。     

高原复杂地理参数对雷电活动的影响分析

雷电活动参数作为反映区域雷电活动特征的重要指标,地形对其影响不容忽视。利用2014—2018年青海省地闪数据、数字地形高程数据以及HWSD土壤数据集,定量分析海拔、坡度、坡向以及土壤电阻率对青海省地闪分布特征的影响。结果表明：（1） 青海省地闪主要集中在海拔3150~4850 m、坡度0~35°的地区,其中东北坡向地闪次数最多,东南坡向地闪次数最少,地闪对应的土壤电阻率主要集中于100 Ω·m。（2） 地闪密度随海拔的升高先增大后减小,随坡度的增大而减小;地闪平均强度随海拔的升高先减小后增大,随坡度的增大而增大。（3） 选取92°27′00″~97°44′24″E、31°40′48″~34°16′48″N地闪活跃区域,对其1 km×1 km网格内地闪数据与地理参量平均值进行相关性分析,所选区域内地闪密度与平均海拔呈正相关关系,与平均坡度呈负相关关系;而地闪强度与平均海拔呈负相关关系,与平均坡度呈正相关关系。     

秦岭中部山地降水的垂直变化研究

明确秦岭高海拔山区降水的变化规律,是深入理解秦岭作为中国南北地理过渡带特征、认识秦岭水资源在南水北调中线工程中重要作用的前提。但秦岭高海拔地区长期缺乏有效的降水观测数据,导致对其降水变化缺乏了解。利用2018年6月1日—2019年5月31日秦岭太白山海拔3760 m实测降水数据,发现在秦岭海拔3760 m处年降水量可达1300 mm,远高于汉江盆地和关中平原600~800 mm的年降水量。在此基础上,检验了克里金（Kriging）、反距离加权（IDW）和薄盘样条（ANUSPLIN）插值方法,以及GPM修正数据（GPM-cal）和ERA5再分析资料对秦岭中部山地年和季节降水空间模态的再现效果,各方案均能揭示秦岭高山区是降水高值中心,且降水随海拔的升高而增大,但利用克里金、反距离加权插值方案不能得到准确的高海拔降水值,与此相比,GPM-cal数据、薄盘样条插值与ERA5资料能较准确刻画秦岭中部山地年降水量随地形的变化。水汽通量分析显示,秦岭凭借高大地形对600 hPa高度以下的南来湿润气流具有明显的阻挡、强迫和拦截作用,使其南坡成为区域降水高值中心。结合高山区降水观测、薄盘样条插值、多源格点资料和数据修正方法,是认识秦岭山地降水形成和变化的有效途径。     

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。     

基于栅格的豫西山区地形起伏特征及其对人口和经济的影响

地形起伏是约束山区人口分布和经济发展的关键因素,尤其在山地平原过渡带其约束作用更为显著。以位于秦岭-黄淮平原过渡带的豫西山区为例,基于200 m分辨率DEM数据,采用均值变点法确定地形起伏度的最佳统计单元,并提取地形起伏度;以1∶10万土地利用、乡镇人口和县域各产业数据为基础,建立人口和经济空间化模型,同时生成200 m分辨率的栅格人口和经济密度图;在系统分析地形起伏度、人口和经济密度空间分布规律的基础上,借助统计分析方法基于栅格单元定量揭示了地形起伏度对人口和经济的影响,并与其他地形因子的影响进行对比分析。结果表明：① 豫西山区地形起伏度以低值为主,58.6%的区域地形起伏度小于等于0.5个基准山体的高度（相对高差≤ 250 m）;空间上呈西高东低、中间高南北低的格局,与海拔、坡度均呈较强的正相关,且与坡度的相关性更大。② 被选作验证的人口和经济数据与对应模拟值的线性拟合度分别为0.943和0.909,表明空间化结果能反映人口和经济分布的实际状况。③ 地形起伏度对人口和经济的影响强于其他地形因子的影响,与人口密度和经济密度呈较好的对数拟合关系,拟合度分别为0.911和0.874;豫西山区88.65%的人口居住在地形起伏度不超过0.5的地区,88.03%的生产总值分布在地形起伏度不超过0.3的地区。相对人口分布,研究区的经济发展向地形起伏度低值区的集聚态势更加明显。     

澜沧江-湄公河流域人口分布及其与地形的关系

基于90 m×90 m数字高程模型(DEM)和1 km×1 km的人口密度栅格数据,采用GIS空间分析与数理统计方法,研究了澜沧江-湄公河流域的人口分布格局及其与高程、坡度、坡向和地形起伏度的关系。结果表明:1.澜沧江-湄公河流域人口分布呈北疏南密的基本格局,人口最为密集的区域位于南端的湄公河三角洲,源头杂多县则是大片无人区;2.澜沧江-湄公河流域人口密度随海拔由低到高经历了一个急降缓升又下降至尖灭的变化过程,人口总量随海拔呈现倒指数增长变化;3.澜沧江-湄公河流域80%强的人口集中分布在坡度≤2°的平坦区域,当坡度达到38°时,人口累积曲线趋于平稳;4.澜沧江-湄公河流域各坡向人口分布较为均衡,坡向对人口分布的影响不显著;5.澜沧江-湄公河流域人口密度与地形起伏度成倒指数关系,地形起伏度对人口分布的影响较为显著,流域内大部分人口分布于低起伏地区。     

黄土高原坡耕地苜蓿产量及水土流失地形分异模拟——以延安燕沟流域为例

退耕还林还草是目前黄土高原整治生态环境和控制水土流失的主体政策。为使生态退耕政策得到有效落实,本文基于WIN-YIELD软件,以延安燕沟流域为例,利用2006年延安站的逐日气象数据和燕沟流域地貌、土壤及土地利用等资料,模拟分析了不同地形高程、坡度和坡向条件下坡耕地种植苜蓿的秸秆干物质产量、水土流失量及其地形分异特征。结果表明:在黄土高原,地形坡度是影响苜蓿秸秆干物质产量和泥沙流失的重要因素,苜蓿秸秆产量模拟值随地形坡度的增大而减小,泥沙流失的模拟值随地形坡度的增大而增大;地形高程1000 m以下的地域种植苜蓿其产量明显高于1000 m以上的地域,坡耕地苜蓿产生径流和泥沙随地形高程的变化不显著;地形坡向对苜蓿秸秆产量和水土流失量的影响不大。     

2001-2013年川西高原旱情监测及其地形分异

利用2001-2013年EOS-MODIS归一化植被指数产品数据,应用距平植被指数法（AVI）对川西高原进行了干旱监测,并分析年平均干旱发生频率与海拔高度、坡度和坡向地形因子的关系,进一步结合研究区土地利用数据,分析了不同地形因子干旱频率差异的原因。研究表明：（1）受积雪覆盖的影响,川西地区干旱监测只在一定区域内适用,该适宜区为川西海拔4 300 m以下区域。（2）川西高原干旱发生频率同各地形因子都具有较强的相关性,其中,高程影响最为复杂,与不同高度带地表覆被类型的差异性有关;坡向影响非常明确,主要受稳定水汽来源输入的影响;坡度的影响具有较强的局域性,与不同坡度的保水蓄水能力及覆被类型有关。     

黄土坡面产流产沙过程及微地形变化特征

坡面土壤侵蚀过程不仅可以通过坡面的产流产沙过程反映,还可以通过降雨过程中坡面微地形变化特征来反映。对9°、12°、15°、20°、25°坡度下面积较小坡面模拟降雨,获取降雨过程中径流泥沙数据及降雨前后坡面微地形变化数据。结果显示：（1）初始产流时间随着坡度的增加先增加后减小,且初始产流时间较长;（2）15°、20°时的产流率不稳定,18 min后产沙率规则性波动起伏;（3）随着坡度的增大,降雨过程后坡面比表面积值随着坡度的增大而增大,坡面的高程变异系数都有所增大。     

证据权模型在泥石流灾害易发性评价中的应用

利用空间统计方法进行泥石流易发性定量评价的本质是度量影响因子（地形、地貌、岩性等）和响应因子（泥石流）之间的空间关系,最后给出所有影响因子综合作用结果,得到泥石流易发性评价结果。选取高程、坡度、坡向、地形起伏度、岩性、降雨量与水系距离7个因素作为泥石流影响因子,采用证据权模型,对研究区内泥石流进行灾害易发性评价,使用自然间断法将研究区内泥石流易发程度分级,得到研究区泥石流易发后概率图,获得了较高的置信度,方法简单易行,可以在其它灾害易发性评价中推广。     

基于DEM的地球与火星格状沙丘对比分析

沙丘是柴达木盆地可类比火星的重要地貌类型,沙丘形态是类火星风沙地貌研究的重要内容。基于数字地形分析（DTA）的方法,采用高程、坡度、坡向及地表复杂程度4个地形计量学指标对火星（北极地区）和地球（柴达木盆地）格状沙丘的地貌形态特征进行定量对比分析。结果表明：（1）两个研究区的高程剖面、坡度、坡向的地理学空间分布格局具有较大相似性;（2）高程、高程梯度、坡度和坡向的直方图相似度指数均大于0.7;（3）不同尺度上的分形维数近似相等,即地表复杂程度相似。用数字地形分析与直方图相似度指数结合的方法,定量或半定量地分析两个研究区沙丘地貌形态的相似性,这对类火星风沙地貌研究中科学选择试验点是一种新的尝试,以期为反演火星风沙地貌的形成与演化提供科学依据。     

黔桂喀斯特山区植被变化及其地形效应

为科学认识喀斯特山区植被变化及其地形效应,基于MODIS NDVI数据,采用统计学方法,系统分析2000-2016年喀斯特山区植被变化的时空特征及其与海拔、地形起伏度、坡度、坡向的关系。研究表明,黔桂喀斯特山区植被绿度中部高,西北及东南较低,年均NDVI随海拔和地形起伏度的增加呈单峰曲线变化,峰值位于400~600 m,NDVI随坡度和坡向的变化不明显;2000-2016年大部分地区NDVI呈增长趋势,其中超过20%的地区呈显著增长（P<0.05）,年均增长率约0.0018。西部和东南部绿化趋势最为显著,仅在东北和中东部,NDVI呈下降趋势;NDVI呈增长趋势的比例随海拔的增加而增加,说明该喀斯特山区近年来植被恢复向着良性化方向发展,高海拔植被恢复速率更快,低海拔缓坡处的植被生态建设需要进一步加强。     

高山地区多源地面高程数据误差分析

地面高程数据作为诸多科研领域都需要的一种数据源,其重要性不言而喻,但就目前国内外能够免费获取到的数字高程数据来说,在数据误差方面仍存在很大不足,特别是在高山地区,误差更为明显。以中国1∶50 000比例尺DEM为参考数据,结合坡度,坡向,剖面,地形起伏度等地学因子,对目前国内外常用的3种数字高程模型(SRTM,ASTER GDEM,ICESatGLAS14)在高山地区的误差情况进行较为详细地对比分析。结果表明:坡度和地形起伏度对于3种高程数据的精度都有不同程度的影响,其中,SRTM数据受到影响最为严重,ASTER的绝对精度较差,但在地形起伏较大区域,其精度要高于SRTM,ICESat GLAS14整体情况表现良好。     

不同空间尺度DEM对山区气温空间分布模拟的影响——以浙江省仙居县为例

以浙江省仙居县为实验样区,通过气温空间分布的地形调节统计模型,使用10个气象站(哨)气温资料和4种不同空间分辨率的DEM(5 m,源于1∶1万数字化地形图;30 m,来源于Aster GDEM v2;90 m,来源于SRTMv4.1;900 m,源于GTOPO30’)模拟不同空间尺度年均气温空间分布,比较其误差大小及随宏观地形(海拔高度)和微观地形(坡度和坡向)的分布差异。结果表明:基于4种不同空间分辨率DEM模拟气温呈较大空间分布差异性;随着DEM空间分辨率减小,误差逐渐增加,空间差异性降低。微观地形因子(坡度和坡向)随空间分辨率的变化产生显著变化,明显影响气温空间分布,不同坡度和坡向间年均气温差最高可达到10～12.5℃,最小仅为1.9～2.6℃。     

基于模糊聚类的新疆典型高寒草原土壤pH值空间制图

准确、高效地掌握草原土壤属性的空间分布能够为草地资源境管理提供基础信息和参考依据。相比于传统土壤调查方法,基于模糊逻辑的土壤—环境推理能够提高野外采样效率和预测制图精度,被广泛应用于数字土壤制图。但由于土壤自身的空间变异性及其与环境条件间的非线性,现有推理模型的稳定性较低,尚未在高寒草原区进行应用。选择新疆巴音布鲁克典型亚高山草原地区约4 km^2区域为研究区,以高程、坡度、坡向、沿剖面曲率、沿等高线曲率、地形湿度指数6个地形因子为土壤环境因子,采用模糊C均值聚类(Fuzzy C-means Clustering,FCM)方法对环境因子聚类,得到9个环境因子组合,并在隶属度值高的环境因子组合中心共设置18个典型点。运用土壤—环境推理方法模拟研究区表层土壤pH值空间分布,其变化范围在7.170~8.186之间。选取35个独立样本进行精度检验(均匀采样点16个,横截面采样点9个,垂直带采样点10个),模拟结果与实测值基本吻合,且基于模糊聚类和土壤—环境推理方法的模拟精度高于普通克里格法和反距离权重法。通过基于模糊逻辑和土壤—环境推理的数字土壤制图方法在小尺度区域的运用验证,结果表明基于典型点的采样方案能够快速、有效地对区域土壤属性进行空间模拟,该方法对于类似小尺度的研究区同样有效。     

我国山地资源的开发

我国是一个多山的国家,开发山地资源在四化建设中具有极其重大的战略意义。 山地是与平地相比较而言,是由一定绝对高度和相对高度组合的地域。把山地作为自然资源来看待,它既包括山麓以上的山体本身,也包括山体之间排水的谷地,既包括独立的山岳和山系,也包括群山丛聚的地区。山地是三度空间,在自然环境上以地形起伏急剧,垂直变化明显,生态结构复杂,内外营力活跃,侵蚀和重力作用强烈为特征。在经济利用上,不论连片的山区或单个的山体,因为地理位置、海拔高度、地形部位、坡向和坡度等因素的影响,由此引起气候、水文、土壤、植被、地表物质以及人文条件的不同,致使山地在不同程度上都表现出资源种类和结构的多样性,并且大多具有因地制宜性强和开发难度较大的特点。     

山区气温空间分布模拟的DEM尺度影响

以浙江省仙居县为实验区,通过气温空间分布的地形调节统计模型,并使用了10个气象站(哨)的气温资料和不同空间分辨率的DEM(均来源于1:1万的数字化地形图),模拟了不同空间尺度的年平均气温空间分布,比较了它们的误差大小以及随宏观地形(海拔)和微观地形(坡度和坡向)的分布差异.结果表明:基于不同空间分辨率DEM模拟的平均气温呈现较大的空间分布差异性;随着DEM空间分辨率的减小,误差逐渐增加(最大绝对误差为2.04℃,相对误差为15.10％),且空间差异性降低.而且微观地形因子(坡度和坡向)随着空间分辨率的变化产生显著变化,进而明显影响气温的空间分布,不同坡度之间的年平均气温差最大为9.5℃,最小为1.8℃.不同坡向之间的年平均气温差最大为12.2℃,最小为2.4℃.     

基于PLS回归模型的石羊河流域降水空间分布

利用石羊河流域内国家气象站点和中国内陆河湖水文站点2010—2012年逐日降水观测资料,基于DEM资料提取流域经度、纬度、坡度、坡向、海拔等地形因子,建立降水量与地理地形因子之间的多元偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归模型,对石羊河流域2010—2012年在年、季、月尺度上的降水分布特征进行研究,结果显示:1)采用交叉验证法对PLS与反距离加权法(IDW)、样条函数法(SPLINE)、普通克里金插值法(OK)等传统插值方法的精度验证结果比较发现,PLS的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)值均是最小的。PLS回归模型对降水量的拟合相关系数除2011/2012年冬季分别为0.68和0.66,其余模型的拟合相关系数均在0.81以上,且显著性水平在95%以上。2)不同的时间及时间尺度,地形因子对降水量的影响是不同的,基本上海拔和坡度对降水量的影响是较大的,且随海拔和坡度的增加降水量增加。3)石羊河流域2010—2012年年降水量从南向北逐渐递减,最大降水量均在南部祁连山区;季节降水量大小依次为夏季秋季春季冬季,夏季降水量较丰富;不同年的夏季6/7/8月的降水特征也各不相同,2011年7月和2012年8月降水量相对较丰富。     

月表地貌起伏形态分异特征及分级标准研究

月球地貌是月球表面发生的地质和地貌过程的结果,月球地貌单元的划分和等级分类体系的构建是月球地貌学研究的基础,也是月球地貌图制图的基础和关键科学问题。地貌学是研究形态和成因的科学,高程和起伏度是最基本的地貌指标。本文基于LOLA（Lunar Orbiter Laser Altimeter） DEM数据以及LOLA和SELENE TC（Terrain Camera）融合的DEM数据（SLDEM2015,文中简称SLDEM）,利用均值变点法确定月表起伏度计算的最佳窗口,并以起伏度100 m、200 m、300 m、700 m、1500 m及2500 m为阈值将月球表面分为微起伏平原（< 100 m）、微起伏台地[100 m, 200 m）、微小起伏丘陵[200 m, 300 m）、小起伏山地[300 m, 700 m）、中起伏山地[700 m, 1500 m）、大起伏山地[1500 m, 2500 m）及极大起伏山地（≥ 2500 m）地貌7个类型。划分结果显示：微起伏平原主要分布在月海平原区域、部分有玄武岩充填的撞击盆地的盆底区域以及撞击坑坑底区域;微起伏台地主要分布在月海和月陆区域的交界区域;微小起伏丘陵主要分布在月溪和皱脊等构造单元区域;小起伏山地主要分布在撞击坑中央峰及坑底断裂区域;中起伏山地主要分布在撞击坑坑底和坑壁过渡区域、撞击坑坑壁和坑缘过渡区域、撞击盆地盆底与盆壁过渡区域以及盆壁与盆缘过渡区域;大起伏和极大起伏山地主要分布在撞击坑坑壁区域及撞击盆地盆壁区域。本文确定的月表起伏度分级标准可以对月表数字地貌分类体系的构建和月球地貌图集的编研提供定量标准和重要参考。