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砒砂岩不同类型区坡谱特征及其应用研究

砒砂岩不同类型区坡谱特征及其应用研究

作者：武诗琪北京林业大学

学位级别：硕士

砒砂岩区是我国黄河中游流域土壤侵蚀最严重的区域之一,具体包括砒砂岩覆土区、覆沙区、强烈侵蚀裸露区和剧烈侵蚀裸露区。地形是区域土壤侵蚀的重要影响因素,坡谱可以反映区域地表起伏特征,为土壤侵蚀研究提供参考。本文基于30 m分辨率... 详细信息

砒砂岩区是我国黄河中游流域土壤侵蚀最严重的区域之一,具体包括砒砂岩覆土区、覆沙区、强烈侵蚀裸露区和剧烈侵蚀裸露区。地形是区域土壤侵蚀的重要影响因素,坡谱可以反映区域地表起伏特征,为土壤侵蚀研究提供参考。本文基于30 m分辨率DEM（Digital Elevation Models）对砒砂岩不同类型区进行坡谱提取,描述砒砂岩不同类型区地表形态。通过坡度坡长因子和沟壑密度分析砒砂岩不同类型区的土壤侵蚀状况,并分析坡谱信息熵与坡度坡长因子、沟壑密度的关系,探索坡谱作为对地表的定量描述的宏观指标能否应用在砒砂岩区水土流失地形因子的研究中,为砒砂岩区水土流失研究提供理论依据。研究结果表明:（1）按3°等差分级构建的坡谱可以更好描述砒砂岩不同类型区坡谱特征。砒砂岩区自西向东坡谱曲线逐渐呈单峰状,且峰值逐渐右移。覆沙区中西部坡度较小主要集中在0°～3°,坡谱曲线呈“L”型。裸露区坡谱峰值在3°～6°之间,其中剧烈侵蚀裸露区坡谱曲线较缓。覆土区坡度集中在6°～9°之间,坡谱最接近正态分布。（2）对坡谱进行量化分析并通过空间插值分析不同类型区坡谱量化指标的空间分异特征。覆土区坡度变化大,坡谱信息熵最高,集中在1.57～1.99 nat（坡谱信息墒单位nat）,景观指数反映覆土区坡谱斑块离散。砒砂岩覆沙区和裸露区坡度变化减小,坡谱信息熵变小,斑块密度减小到18～35块/100 hm,坡度逐渐集中,地表起伏变化小。但剧烈侵蚀裸露区西部坡谱信息熵高于四周,地表坡度起伏较大,坡谱斑块破碎度高。研究发现,坡谱可以较好的描述砒砂岩不同类型区的地貌特征。（3）砒砂岩区坡度坡长因子（LS因子,slope length and steepness factor）值自西向东、由裸露区、覆沙区到覆土区逐渐增大,反映了砒砂岩裸露区、覆沙区再到覆土区的土壤侵蚀程度逐渐增大。砒砂岩区沟壑密度为介于1.28～2.09km/km之间,砒砂岩不同类型区内的沟壑密度大小差异变化较大。（4）砒砂岩区的坡谱信息熵与LS因子呈极显著的指数函数关系（R=0.927,P坡谱信息熵可以作为砒砂岩区土壤侵蚀评价模型的指标,弥补LS因子在砒砂岩区应用的缺陷。但研究发现砒砂岩区坡谱信息熵与沟壑密度之间相关性较弱,坡谱在水土流失评价中的意义还有待深入研究。

关键词：坡谱 DEM LS因子沟壑密度砒砂岩空间分异

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中国建设用地的坡谱演化规律与爬坡影响

地理学报 2021年第7期76卷 1747-1762页

作者：周亮党雪薇周成虎王波魏伟兰州交通大学测绘与地理信息学院兰州730070 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100049 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心兰州730070 中山大学地理科学与规划学院广州510275 西北师范大学地理与环境科学学院兰州730070

城镇建设用地规模与结构变化是国土空间开发与规划研究的基础。以往相关研究更关注建设用地水平空间扩张格局特征与模式,极少关注建设用地三维梯度上的“爬坡”特征规律与影响。因此,本文基于Google Earth Engine(GEE),并结合高精度地... 详细信息

城镇建设用地规模与结构变化是国土空间开发与规划研究的基础。以往相关研究更关注建设用地水平空间扩张格局特征与模式,极少关注建设用地三维梯度上的“爬坡”特征规律与影响。因此,本文基于Google Earth Engine(GEE),并结合高精度地形数据与土地利用数据,在建设用地坡谱概念基础上,首次构建了平均建设用地爬坡指数(ABCI),系统地分析了1990—2018年中国建设用地坡谱在国家、区域、省级和城市4个尺度上的变化特征与规律并深入剖析建设用地爬坡的空间影响。结果显示:①1990—2018年中国坡度5°以上地区建设用地面积增长了1.43倍,比例由10.25%上升至14.81%。其中2010—2015年是建设用地爬坡发展最迅速与规模最大的时期,且中西部地区建设用地爬坡最为显著。②依据平均建设用地爬坡指数与上限坡度变化,可将中国34个省(自治区、直辖市)划分为高爬坡型、低爬坡型和水平扩展型3类,其中高爬坡型省份占50%以上,水平扩展型省份仅有7个,在空间上呈现“东南—西北”的两极分布特征。③1990—2010年爬坡型城市以山地与丘陵地貌城市为主,2010年后少数民族聚居区及低丘缓坡开发试点城市成为建设用地爬坡的主力。④建设用地爬坡在一定程度上能够减少建设用地扩张对平原优质耕地与生态用地的胁迫和侵占,缓解建设用地供需矛盾,但是无规划约束的开发和房地产驱动的“削山造地”则会导致地质灾害和生态环境风险的增加。

关键词：空间规划坡谱城市三维城市扩张 GEE 中国

2000—2020年湖南省耕地坡谱演变规律研究

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国土资源科技管理 2023年第5期40卷 29-37页

作者：冯达段亚锋李婷婷湖南省测绘科技研究所湖南长沙410007 湖南省长沙生态环境监测中心湖南长沙410001

耕地是粮食生产的根基。文章利用土地利用数据和数字高程数据,结合坡谱分析方法,构建了耕地上山指数,分析了2000—2020年耕地坡谱在省和区域2个尺度上的变化规律以及影响耕地坡度变化的因素。结果显示:(1)2000—2020年时间段内,湖南省... 详细信息

耕地是粮食生产的根基。文章利用土地利用数据和数字高程数据,结合坡谱分析方法,构建了耕地上山指数,分析了2000—2020年耕地坡谱在省和区域2个尺度上的变化规律以及影响耕地坡度变化的因素。结果显示:(1)2000—2020年时间段内,湖南省耕地的平均坡度增加了0.09°,高坡度(10°以上)地区耕地面积比例增加了0.68%,湖南省耕地逐渐向高坡度地区发展。(2)在区域尺度,经济相对发达的长株潭地区和地形较复杂的大湘西地区,耕地上山现象明显;经济较发达、以平原为主的洞庭湖地区,耕地上山现象不明显;湘南地区受到地形限制和经济快速发展双重影响,耕地上山程度仅次于长株潭地区。(3)退耕还林、非农建设、土地综合整治是影响耕地坡度变化的主要因素,可通过积极稳妥开展退耕还林工作、合理引导建设用地上山、严控新增耕地管理等措施,来减缓耕地在高坡度区域增加趋势,即减缓耕地上山现象。

关键词：耕地坡度坡谱耕地上山指数湖南省

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坡谱提取与应用的基本地域条件

地理科学 2007年第4期27卷 587-592页

作者：王春汤国安李发源杨昕葛珊珊南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210097

阐述坡谱提取原理,借鉴地理空间数据不确定性处理中的"ε-带"模型概念,构建坡谱稳定的判定模型,最后以陕北黄土高原和秦岭山区的典型地貌类型区为实验区,以1∶10 000 DEM为信息源,分析研究不同地貌类型区坡谱的变异特征,揭示坡谱提取与... 详细信息

阐述坡谱提取原理,借鉴地理空间数据不确定性处理中的"ε-带"模型概念,构建坡谱稳定的判定模型,最后以陕北黄土高原和秦岭山区的典型地貌类型区为实验区,以1∶10 000 DEM为信息源,分析研究不同地貌类型区坡谱的变异特征,揭示坡谱提取与应用的基本条件:地貌形态的相似性与渐变性、研究尺度的合理性以及地貌类型的完整性。该研究为坡谱的进一步深入研究与应用奠定良好的理论基础,也为地理学研究中如何确定基本地域单元等重要的理论问题提供了借鉴思路。

关键词： DEM GIS 坡谱坡度黄土

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黄土地貌类型的坡谱自动识别分析

地球信息科学学报 2015年第10期17卷 1234-1242页

作者：刘双琳李发源蒋如乔常瑞雪刘玮南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

地貌形态特征识别与分类,对生态环境、水文研究及地质构造分析等地学研究具有重要意义,已成为现代地貌学的一个研究热点。传统的统计模式识别方法精度较低,难以解决线性不可分的模式分类问题。人工方法虽然识别精度高,但因各人认知偏差... 详细信息

地貌形态特征识别与分类,对生态环境、水文研究及地质构造分析等地学研究具有重要意义,已成为现代地貌学的一个研究热点。传统的统计模式识别方法精度较低,难以解决线性不可分的模式分类问题。人工方法虽然识别精度高,但因各人认知偏差导致的识别误差难以控制。人工神经网络作为一种动态信息处理系统,能有效解决线性不可分的地貌类型识别问题。坡谱是利用微观地形定量指标来反映宏观地形特征的有效方法,在地貌学研究中正受到广泛的关注。本文以陕北黄土高原8个不同地貌类型区的数字高程模型(DEM)为实验数据,以流域为分析单元,提取坡谱及其特征指标作为描述地形特征的定量因子,并通过BP神经网络的构建与学习,进行黄土地貌类型自动识别。实验结果表明,在8种地貌类型的样本数据中,第1次实验正确识别率平均值达70%;第2次和第3次实验中,去除相似度较高的峁状丘陵沟壑或峁梁状丘陵沟壑任一种地貌类型后,正确识别率平均提升为80%和85%。经Kappa系数验证,该方法能以DEM数据有效识别不同类型的黄土地貌。

关键词：地貌类型识别坡谱 DEM 黄土地貌神经网络

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疏勒河上游流域地面坡谱特征

干旱区地理 2015年第2期38卷 345-350页

作者：褚永彬朱利东唐斌黎新裕成都理工大学地球科学学院四川成都610059 成都理工大学沉积地质研究院四川成都610059

坡谱是以某项坡面因子为自变量,其对应的地面面积为因变量所构成的统计图表或模型。坡谱用微观的地形因子反映宏观的地貌特征的空间分异。以ASTER GDEM V002作为基础数据,利用Arc GIS中数字地形分析工具,提取了疏勒河上游流域的地面坡... 详细信息

坡谱是以某项坡面因子为自变量,其对应的地面面积为因变量所构成的统计图表或模型。坡谱用微观的地形因子反映宏观的地貌特征的空间分异。以ASTER GDEM V002作为基础数据,利用Arc GIS中数字地形分析工具,提取了疏勒河上游流域的地面坡度、坡向、坡度变率、坡向变率,并分别进行了面积统计,绘制了坡谱曲线。结果显示:研究区以陡坡、斜坡为主,二者占总面积的74.16%,陡坡主要分布在疏勒南山、托来南山,斜坡则主要分布在山脉与盆地的过渡地带。在疏勒河盆地和昌马盆地,坡度变率较小,而坡向变率则较大。疏勒河上游流域地面坡谱反映出研究区地面起伏大,地形破碎。坡度变率、坡向变率对山脊线、疏勒河沟沿线具有重要的指示作用。

关键词：疏勒河上游流域坡谱坡度变率坡向变率

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藏-羌聚落交错区耕地坡谱与信息熵变化特征

干旱地区农业研究 2018年第4期36卷 239-245页

作者：张淑杰郭亚琳樊敏王青西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010

以藏-羌聚落交错区为研究单元,提取该地区1999、2009年和2014年耕地空间信息,通过信息图谱与信息熵定量刻画交错区耕地的坡度分异特征,阐明坡耕地利用的合理程度。结果表明:1999-2014年间,藏-羌聚落交错区耕地总量下降显著,≥24°的耕... 详细信息

以藏-羌聚落交错区为研究单元,提取该地区1999、2009年和2014年耕地空间信息,通过信息图谱与信息熵定量刻画交错区耕地的坡度分异特征,阐明坡耕地利用的合理程度。结果表明:1999-2014年间,藏-羌聚落交错区耕地总量下降显著,≥24°的耕地坡谱段递减明显,陡坡耕地耕作率由1999年的83.67%到2009年的71.97%再到2014年的55.03%,发生明显下降;坡度≤14°的耕地坡谱段呈现上升趋势,缓坡耕作率三年分别为16.33%,28.03%和44.97%,说明交错区耕地利用逐渐向坡度缓和的方向移动,缓坡耕地将逐步成为当地的农作物集中分布区。在退耕还林和5·12地震及其次生地质灾害的双重影响下,藏-羌聚落交错区耕地信息熵由1999年的1.253增加为2009年的1.515,进一步增至1.707,呈逐渐增加的态势,这表明缓坡耕地与陡坡耕地的占比差距缩小,耕地在不同分级坡段间的分布趋于均匀,利于当地水土保持。

关键词：坡谱信息熵耕地藏-羌聚落交错区

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坡谱信息熵尺度效应及空间分异

地球信息科学 2007年第4期9卷 13-18页

作者：李发源汤国安贾旖旎曹志冬南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室中国科学院地理科学与资源研究所北京100866

选取陕北黄土高原48个不同地貌类型区,以其对应的1∶10000及1∶50000数字高程模型(DEM)为数据源,运用比较分析与数理统计的方法,分析了坡谱信息熵在陕北黄土高原的空间分异特征及尺度效应。结果显示,坡谱的信息熵在一定程度上可以反映... 详细信息

选取陕北黄土高原48个不同地貌类型区,以其对应的1∶10000及1∶50000数字高程模型(DEM)为数据源,运用比较分析与数理统计的方法,分析了坡谱信息熵在陕北黄土高原的空间分异特征及尺度效应。结果显示,坡谱的信息熵在一定程度上可以反映地表的复杂度,坡谱信息熵和沟壑密度间有较好的幂函数关系,随着坡谱信息熵的增大,样区沟壑密度也增大。坡谱信息熵的空间分异和陕北黄土高原的黄土地貌形态在空间上的变异是相关的,可将其作为地貌类型划分的判别因子之一。

关键词：坡谱信息熵 DEM 尺度空间分异黄土高原

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坡度分级对地面坡谱的影响研究

测绘科学 2009年第6期34卷 165-167页

作者：朱梅李发源南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210046

地面坡度是最重要的地形定量指标之一,建立科学合理的地面坡度分级体系对坡度进行科学研究具有重要的意义。总结了近些年在坡度分级研究方面的已有成果,利用高精度1∶10000 DEM数据为信息源,提取了不同分级的坡谱,研究了不同分级方法及... 详细信息

地面坡度是最重要的地形定量指标之一,建立科学合理的地面坡度分级体系对坡度进行科学研究具有重要的意义。总结了近些年在坡度分级研究方面的已有成果,利用高精度1∶10000 DEM数据为信息源,提取了不同分级的坡谱,研究了不同分级方法及等差分级的不同级差对地面坡谱的影响。结果表明:不同的坡度分级法可以获得不同的地面坡谱表达;自定义分级法得到的坡谱对具体的应用有实际指导意义,模式分级法可以更好地表达地表形态;3°等差分级的坡谱在实际研究中更具适用性。

关键词：坡谱 DEM 坡度坡度分级