基于数字指标体系的典型黄土地貌定量演化模式的构建研究

Soil erosion is an important problem in Loess Plateau, which leads to the evolution of loess geomorphology. So the geomorphologic evolving construction of the loess geomorphology can provide important foundation for the research to the velocity, progress and characteristics of the soil erosion. Taking typical loess geomorphologic types - loess tableland, loess ridge and loess hill as study objects, this research constructs the digital indexes based on the basic geometric features, topographic features and remote sensing image features of the geomorphologic bodies and elements, and then form the digital indexes system for the typical loess geomorphology types through organic combination; through the research to the recognition and extraction of the digital indexes system based on DEM data with high accuracy and remote sensing images data with high resolution, this research acquires the spatial distribution characteristics, the numerical distribution characteristics of digital indexes system and automatic extraction methods of typical loess geomorphologic types; making deep analysis to the numerical distribution characteristics of digital indexes system for different loess geomorphology types, constructs their one-to-one correspondence and studies the change rule of the indexes under different geomorphologic types, so as to explores the forming process, mutual transitional process and evolving rule of the typical loess geomorphologic types, and then develops the quantitative evolving pattern based on that. This project provides a way for quantitative research of subtle loess geomorphology, which has important scientific significance and impractical value.

土壤侵蚀是黄土高原地区面临的首要问题。黄土地貌演化作为土壤侵蚀的必然结果和外在表征，其定量演化模式的建立为研究土壤侵蚀的速度、进程及特点提供重要基础。本项目以典型黄土地貌类型- - 黄土塬、黄土梁和黄土峁为研究对象，在其地貌实体及要素的基本几何特征、地表形态特征和遥感影像特征的基础上，构建对应的数字指标并通过有机组合形成各典型黄土地貌类型的数字指标体系；通过基于高精度DEM和高分辨率遥感影像数据的数字指标体系的识别与提取研究，获取典型黄土地貌类型的空间分布特征、数字指标体系的数值分布特征和自动提取方法；对不同黄土地貌类型数字指标体系的数值分布特征进行深入分析，建立其一一对应关系并研究各指标在不同地貌类型下的变化规律，从而探索典型黄土地貌类型的形成过程、相互转化过程与演化规律，进而基于此开发其定量演化模式。本项目为精细黄土地貌的定量研究提供一条途径，具有较为重要的科学意义和实践价值。

作为生态与环境的基础要素，地貌在一定程度上控制着其他生态与环境因子的分布和变化。遥感和地理信息系统技术的快速发展，大量影像和数字高程模型（DEM）数据的免费发布为定量化、数字化获取和研究地貌提供了途径；中国数字地貌数据库的建立则为深入研究地貌类型之间的相互关系奠定了基础。..本课题以基于数字指标体系的典型黄土地貌定量演化模式为核心，并兼顾了数据源质量评价和地貌数据的应用两个层面。在数据源层面，作为获取地貌形态最重要的数据源，对DEM数据的误差分布和校正方法进行了深入研究。关于地貌定量演化模式，首先基于DEM数据计算了坡度分布，以此构建了坡谱指标，并利用回归方程对坡谱指标进行了定量分析，通过回归系数的差异建立典型黄土地貌及其主要子类型之间的演化关系；然后构建了典型黄土地貌及其各种子类型的数字指标体系，包括地形指标、地形剖面指标和遥感影像特征及空间分布模式，建立了其对应的定量演化模式；同时，通过分析地形和几何因子的相关性构造典型黄土地貌类型的隶属函数，并利用校验数据对隶属函数的识别结果进行了精度分析。在地貌应用层面，分析了山西省多级行政单元的数字地貌特征及其在土地利用和土壤侵蚀方面的应用。..主要研究结果如下：(1)DEM误差随海拔升高和坡度增加而变大，并与地表覆被情况有关；黄土塬与黄土梁误差相似，均与黄土峁有明显差异；(2)典型黄土地貌类型主要分布在海拔约1000m、起伏度约250m的中等坡度地区，其曲率的平均值为0.0m-1，偏差则为0.9~1.5 m-1。关于典型黄土地貌类型定量演化模式，黄土塬可以演变为黄土梁或黄土峁，黄土梁也可演变为黄土峁；在黄土塬和黄土梁的形态类型上，黄土塬可以演化为黄土残塬，然后演化为黄土梁塬，同时黄土宽斜梁可以演化为黄土狭斜梁，再演化为黄土峁梁；在黄土梁和黄土峁的河谷类型上，高浅谷可演变为高深谷，最终演变为低浅谷。通过23个校验样本进行隶属度计算，正确的为19个，隶属函数的精度达到82.6%。(3)山西省平原、台地、丘陵和山地的面积分布比例分别为19.10%、15.77%、14.72%和50.41%；11个地级市中的9个、108个县中60个为山地型。耕地、建设用地和水域面积随起伏度增大而减小；林地和草地则主要分布在中起伏地区。..本研究对黄土地貌研究、数字地形分析、地貌自动分类与制图和地貌应用等领域均有比较重要的科学意义和实践价值。.