黄土丘陵沟壑区侵蚀地形空间频率层次性研究

Terrain influnces soil erosion intensively. Terrain factors are mainly extracted from coarser resolution DEMs nowadays in regional soil erosion research. And terrain factors are influnced by the resolution obviously. Researchers studied the relationship between terrain factors and resolution. However, these researches are mainly about the relationship between statistics of terrain (for example 'mean slope') and resolution, and there is a lack on the mechanistic explanations about this. This study is mainly about this topic. In this research, the spatial structures of terrain surface will be analysed based on DEM, and the spatial frequency(lower frequency and higher frequency for example) will be linked to the spatial structures of terrain surface. Geo-statistics method especially the Independent Structures Model(ISM) will be used to model the terrain spatial frequency characteristics. And field survey, high resolution images will be used to give the reasonableness check of the model. And the model will be applied in varied terrain areas and DEMs with seris of resolutions to give the spatial frequency characteristics of terrain surface in order to show the mechanistic explanations about the influnce of resolution to terrain factors.This study may help on the research of terrain scaling, rich the study of digital terrain analysis and increace the accuracy of soil erosion assessment.

地形强烈影响了土壤侵蚀强度，在区域尺度土壤侵蚀研究中，地形因子一般通过中低分辨率DEM提取，其提取结果受DEM分辨率的影响较为明显。针对该问题，前人就地形要素与分辨率关系进行了一系列研究，但已有研究多针对地形指标统计特征值（如坡度平均值）与分辨率的关系进行分析，对机理认识不足。本项目针对地形因子受分辨率影响的原因这一科学问题，通过分析DEM表面地形信息的空间结构特征，将地形空间结构特征与地形空间频率的高低联系起来，应用地统计，尤其是独立结构变异函数模型，构建侵蚀地形空间频率层次性表达模型；结合野外调查、高分辨率遥感影像的判读，对模型的合理性进行论证；基于该模型模拟不同复杂程度地貌类型区、多种分辨率条件下的地形空间频率特征，阐明地形因子随分辨率变化的机理。本研究对于促进地形因子尺度效应研究、丰富完善数字地形分析理论体系、改进土壤侵蚀评价精度有重要的理论意义。

地形强烈影响了土壤侵蚀强度，在区域尺度土壤侵蚀研究中，地形因子一般通过中低分辨率DEM来提取，提取结果受分辨率的影响较为明显。目前对此问题的机理性认识尚不充分。本项目针对这一科学问题，通过分析DEM表面地形信息的空间结构特征，将地形空间结构特征与地形空间频率的高低联系起来，进一步认识地形因子尺度效应的机理。.主要研究内容包括：地形空间频率层次表达模型的构建、地形空间频率层次性随DEM分辨率变化的规律探讨、地形空间频率层次性的空间分异规律探讨。.主要研究成果包括以下4个方面：（1）构建了地形空间频率层次表达模型：基于地统计学基本原理，构建了地形空间频率层次表达模型，通过在各样区的实验表明，模型结果与样区实际情况较符合；（2）分析了地形空间频率层次随分辨率的变化规律：基于所构建的地形空间频率层次表达模型，分析了2.5m和25m两种分辨率地形表面空间层次特征，结果表明，随着分辨率的降低，较高频信息减少较为迅速，较低频信息几乎不受影响。（3）分析了地形空间频率层次在黄土丘陵沟壑区的空间分异性特征：基于10m分辨率DEM和本项目提出的方法，分析了黄土丘陵沟壑区丘I区至丘V区地形空间频率的、特征。结果表明，丘I区高频信息含量最大，空间频率层次数目最多，丘II区次之；丘III区最为完整，丘IV区次之；丘V区存在较高频率层，但中频层信息较少，呈现较高频与较低频的组合特征。（4）初步分析了地形因子尺度效应的机理：基于本项目实验结果，初步认为高频信息层的损失是地形因子尺度效应的主要原因。高频信息层的特征决定了地形因子尺度效应的程度。并非坡度越大坡度尺度效应就越强烈，在进一步的地形因子尺度效应与尺度转换过程中，应重点考虑高频信息层所占比重。.本研究对于促进地形因子尺度效应研究、丰富完善数字地形分析理论体系有重要的理论意义。