基于空代时的黄土高原黄土地貌演化图谱研究

The Loess Plateau of China is known for its unique landforms, formed after more than two million years of loess deposition and sculpted by forces of water and wind erosion. The plateau has a complex and diverse landscape, with a specific spatial distribution pattern of modern landforms. Because of the different land surface materials of the Loess Plateau, such as loess, red clay and sandstone, loess landforms present a sequence change, which shows the gradual change of loess landform evolution phase from northwest to southeast in the Loess Plateau. All these provide the foundation of drainage basin evolution study based on space-for-time substation.In this research, the relationship between spatial and temporal processes of drainage geomorphic development should be studied with generalized small watershed model by simulated rainfall experiment, high-precision photogrammetry and GIS technique. Based on the testing of applicability of the space-for-time substitution in a small simulated watershed, this research focus on the modeling of drainage geomorphology evolution in the Loess Plateau of China. High resolution and multi-scale DEMs should be used to analyzing the morphology and morphometry of drainage networks by extracting and integrating morphometric information from the application of the space-for-time substitution, and then demarcating developmental phase of different landform types quantitatively using Geo-informatic Tupu. The study would provide a new thinking for the study of loess landform and expect to make a breakthrough in the theory and practice of digital terrain analysis.

黄土高原黄土地貌地形复杂度在空间上的有序变化，体现着黄土地貌发育阶段在空间上逐步过渡变化。地表组成物质在空间上的有序变化一方面导致黄土侵蚀过程、侵蚀量的变化，另一方面也可以反应黄土地貌发育时间上的变化，这为进行利用空代时理论进行黄土地貌发育演化研究提供了条件。本课题首先拟系统梳理了基于空代时的黄土高原地貌演化理论框架。其次，拟以现有高精度、多尺度DEM数据和大量黄土剖面研究结果，整理集成黄土地貌发育阶段的综合形态特征，构建基于地形因子的黄土地貌发育阶段定量判别模型，从而定量、定位地实现对黄土高原每种地貌形态发育阶段的科学标定。在此基础上，利用地学信息图谱基于系列化图形分析地理对象时空分异的方法对黄土地貌演化序列进行科学的表达，以揭示其深层次科学机理。本课题研究为黄土地貌研究提供了新的思路，丰富了DEM数字地形分析的理论与方法。

黄土高原是我国最具独特研究价值的区域之一。黄土高原黄土地貌在空间上存在有序的过度变化。一方面，不同地区地表物质和气候环境的不同导致了黄土地貌在空间上的变化；另一方面，黄土地貌在空间上的变化也可以反应黄土地貌发育时间上的变化。利用空代时的思想和理论可以更好地研究黄土地貌发育演化。本项目主要成果如下：（1）在对物理学、生态学中空代时概念的研究和总结的基础上，凝练和提出了地貌学空代时的基本理论和方法框架。（2）在综合定性与定量、微观与宏观、空间与时间、表象与机理多重视角的基础上，明确了地貌学空代时的指标体系，提出了面向不同尺度不同地貌对象（如黄土小流域、黄土沟谷、黄土坡面勺状沟壑等）的空代时方法。（3）以黄土地貌空代时理论为理论支撑，以山西省吴城遗址DEM为基础，采用元胞自动机方法，通过侵蚀现象和侵蚀结果复现侵蚀机理和确定元胞演化规则，实现对黄土侵蚀和地形演化的逆向模拟反演。（4）通过研究晋西北黄土沟谷不对称特征和历史黄土地貌的演化特征，运用地学信息图谱这种能够反映地学现象空间结构特征与时空序列变化规律的信息处理和显示手段，对黄土地貌的演化序列进行科学的表达。在项目研究过程中，已发表科研论文41篇，其中SCI检索24篇，中文核心16篇；出版专著1本。本课题建立了基于空代时理论的数字地形分析新方法，揭示了黄土地貌发育特征及其空间分异格局，探索出黄土沟壑发育演化模拟的新方法，深化对黄土沟壑地貌及发育规律的认识，充实数字地形分析及地形信息图谱的理论与方法，取得了相关理论突破与方法创新。