数字地形分析的理论、方法与应用

数字高程模型自20世纪50年代首次被提出以来,就以其简洁的数据组织方式、对地形的直观表达、简单高效的地形因子解译方法而显示了其在地学领域应用的巨大潜力。本文在全面检索和分析前人相关研究成果的基础上,首先将数字地形分析 (Digital Terrain Analysis,简称DTA) 的各种分析方法总结为四类,即坡面地形因子分析、特征地形要素分析、地形统计分析以及基于DEM的地学模型分析,并简要总结了每种分析方法的主要内容;其次,探讨了数字地形分析的精度及尺度问题,指出尺度效应、最适宜尺度选择以及尺度转换是DEM地形分析中的基本尺度问题;然后,论文介绍了DTA在地貌、水文、土壤、地质灾害、农业等领域的应用现状;最后,提出了数字地形分析发展方向,指出数字地形分析的概念框架亟待完善、模型构建精度有待提高、地形分析方法需要扩展,尤其是实现DEM模型嵌入的一体化分析方法,以求得到与现实世界地理环境更为接近的模拟。     

土壤温室气体昼夜变化及其环境影响因素研究

通过对北京东灵山草地和桦树林土壤气体CO₂,N₂O和CH₄浓度及其排放通量的昼夜连续观测,探讨了生长季节草地和森林土壤温室气体昼夜变化及其环境影响因素。研究表明:1)土壤CO₂排放通量昼高夜低,N₂O排放通量有明显小时尺度波动,但昼夜变化不突出;土壤CO₂和N₂O浓度昼夜变化不明显,且与排放通量波动不一致;土壤是大气CH₄的一个汇,相对厌氧的环境可能有利于土壤吸收CH₄。2)无雨时气温昼夜变化通过影响土壤表层的气体扩散和CO₂产生过程,来影响土壤CO₂和N₂O的地表排放通量,而对土壤10cm以下CO₂和N₂O的产生影响不大。小时尺度的土壤CO₂和N₂O浓度波动则可能还有其他影响因素或机制。3)降雨时土壤渗水引起的土壤空气对流取代气体浓度扩散成为土壤与大气空气交换的主要方式,导致土壤CO₂和N₂O排放通量的同步波动。降雨渗水较多时,较多的溶解氧随着雨水进入土壤内,会促进土壤CO₂的生成和抑制N₂O的产生。4)土壤CO₂与N₂O浓度存在显著的正相关关系,反映出土壤CO₂和N₂O有相对稳定的产率比。土壤有效碳可能是造成土壤CO₂与N₂O浓度正相关的主要原因,土壤空气的氧分压则可能是造成土壤CO₂和N₂O浓度波动不一致的重要因素。     

中国西部城乡收入差距与城镇化的关系检验——以青海省为例

我国正处于工业化、城镇化快速发展的关键阶段,但区域差异和城乡差异问题长期存在,已经引起学界和政府的高度关注.中央提出"统筹城乡发展,推进城乡一体化"的战略构想,如何在相对落后的西部地区做好统筹城乡发展工作值得认真研究.Granger因果关系检验法在时间序列因果关系检验方面有很多优点,有助于揭示变量之间的相关关系.本文用它来考察我国西部地区城乡收入差距与城镇化发展之间的关系.论文以城镇居民人均可支配收入和农村居民人均纯收入的差距作为考察对象,以青海省为例对我国西部地区城乡差距及其成因进行了分析.时间序列的协整性检验、误差修正模型和Granger因果关系检验表明,青海省城乡收入差距与城镇化之间存在长期均衡协整关系,城乡差距与城镇化之间存在着单向因果关系.在西部实施城镇化和城乡一体化的策略有利于缓解城乡收入差距的进一步扩大.     

黄河三门峡水文站1470～1918年年径流量的推求

利用清代黄河报汛资料和《中国近五百年旱涝分布图》等有关资料,推求出黄河三门峡站1470～1918年的天然年径流系列,与陕县(三门峡)1919～1989年实测期的71年资料,组成1470～1989年共520年的天然年径流系列。     

太阳辐射模拟的DEM尺度影响因素分析

利用DEM分析方法为起伏地形下太阳辐射模拟提供了条件。然而DEM的尺度效应对太阳辐射模拟产生很大的影响。本文以黄土丘陵和秦岭高山为实验样区,以一系列不同分辨率的DEM,模拟日、月及年总天文辐射,比较其误差大小及地形分析的差异。实验结果显示,随着DEM栅格分辨率的降低,天文辐射逐渐增大;当栅格分辨率大于地面相对高差时,模拟的天文辐射基本稳定,坡向、坡度等地形因子对辐射的再分配作用已不显著。黄土丘陵区,当DEM分辨率接近1000m时,天文辐射年总量的相对误差为22%,超过该区域一个冬季的天文辐射量。秦岭山区地表起伏大,误差较黄土丘陵地区小,最大相对误差为17.8%。总之,地表起伏越小,DEM栅格分辨率对太阳辐射模拟的影响越大。     

Extraction and analysis of gully head of Loess Plateau in China based on digital elevation model

In China′s Loess Plateau area, gully head is the most active zone of a drainage system in gully areas. The differentiation of loess gully head follows geospatial patterns and reflects the process of the loess landform development and evolution of its drainage system to some extent. In this study, the geomorphic meaning, basic characteristics, morphological structure and the basic types of loess gully heads were systematically analysed. Then, the loess gully head′s conceptual model was established, and an extraction method based on Digital Elevation Model(DEM) for loess gully head features and elements was proposed. Through analysing the achieved statistics of loess gully head features, loess gully heads have apparently similar and different characteristics depending on the different loess landforms where they are found. The loess head characteristics reflect their growth period and evolution tendency to a certain degree, and they indirectly represent evolutionary mechanisms. In addition, the loess gully developmental stages and the evolutionary processes can be deduced by using loess gully head characteristics. This study is of great significance for development and improvement of the theoretical system for describing loess gully landforms.     

地理空间分析与制图的数据整合策略和方法

地理信息系统(GIS)的地学分析与计算机地图制图(CAC)是地理空间数据应用不可分割的两个方面。但GIS与CAC在地理空间数据的需求上存在冲突,导致两者间数据无法充分共享,直接造成数据的重复采集和浪费。本文从数据、软件系统和地图符号库的综合实施方案出发,初步探讨了地理空间数据整合的策略与方法。研究结果表明,基于辅助线的传统整合方法极大地增加了地理数据建库与更新的难度,而将人工智能技术、专家系统与主制图型或者主分析型数据方案结合起来,才有助于实现GIS与CAC在数据及系统功能上的真正融合。     

塔北天然气组分特征及同位素组成

通过对塔北天然气32个样品的化学组分特征,甲烷的碳、氢同位素组成及关系,以及单烃碳同位素系列特征,甲烷的碳同位素组成与烃类组分关系等方面的综合研究揭示了塔北不同油气区不同井位天然气的成因类型以及某些井位天然气的来源,为塔北油气勘探提供了有价值的信息。     

我国区域地貌数字地形分析研究进展

区域地貌研究是区域地理研究不可分割的重要组成部分。传统的基于DEM的数字地形分析方法,虽能较好提取各种地形定量因子,但由于分析算法的局限,很难实现对一个特定区域地貌的宏观形态特征与成因机理进行定量的分析。为此,近年来我国学者在该领域进行了系统的探索与创新实践,基于国家基础地形数据库多尺度、高精度的DEM数据,开展了基于DEM的区域地貌形态特征、地貌发育演化特征的研究。通过宏观形态指标分析法、地形特征要素分析法、地形信息图谱分析法等一系列方法,实现了对区域的地貌形态特征提取与分类、分区制图,取得了一批有重要国际影响的研究成果。在全国尺度以及黄土高原、青藏高原、西南喀斯特地区和月表月貌的区域数字地形分析方面,更彰显出研究的特色和优势。     

Landform planation index extracted from DEMs: A case study in ordos platform of China

Planation surface, a surface that is almost flat, is a kind of low-relief landforms. Planation surface is the consequence of the denudation and planation processes under a tectonic stable condition. The quantitative expression of the characteristics of planation surface plays a key role in reconstructing and describing the evolutionary process of landforms. In this study, Landform Planation Index (LPI), a new terrain derivative, was proposed to quantify the characteristics of planation surface. The LPIs were calculated based on the summit surfaces formed according to the clustering results of peaks. Ten typical areas in the Ordos Platform located in the central part of the Loess Plateau of China are chosen as the test areas for investigating their planation characteristics with the LPI. The experimental results indicate that the LPI can be effectively used to quantify the characteristics of planation surfaces. In addition, the LPI can be further used to depict the patterns of spatial differentiation in the Ordos Platform. Although the present Ordos Platform area is full of the high-density gullies, its planation characteristics is found to be well preserved. Furthermore, the characteristics of the planation surfaces can also reflect the original morphology of the Ordos Platform before the loess dusts deposition process evolved in this area. The statistical results of the LPI show that there is a gradually increasing tendency along with the increasing of slope gradient of summit surface. It indicates that the characteristics of planation surfaces vary among test areas with different landforms. These findings help to deepen the understanding of planation characteristics of the loess landform and its underlying paleotopography. Results of this study can be also served as an important theoretical reference value for revealing the evolutionary process of loess landform.