（自然地理学专业论文）基于dem的岳麓山地貌特征的分析.pdf

摘要 多年来，地貌学研究绝大多数致力于大区域小比例尺的地貌特征 的研究，对于小区域大比例尺的地貌特征与过程的研究进展缓慢。尽 管d e m 和g i s 技术的发展给地貌学的研究提供了强有力的工具，但 由于大比例尺基础测绘资料有限，在制作大比例尺d e m 时遇到许多 难以克服的困难，因而针对小区域大比例尺的地貌分析难以深入。幸 运的是，由于经济建设的需要，长沙地区有2 0 0 2 年制作的1 ：5 0 0 0 的正射影像地形图，这为本项研究提供了必要的坚实的基础。 之所以选择岳麓山进行这样的小区域地貌研究，是考虑到1 ) 岳 麓山的地貌特征在整个江南丘陵区较为典型，代表了亚热带常绿阔叶 林下风化壳厚、降水量大和地表径流活跃的典型地貌过程；2 ) 由于 植被繁茂、坡面较陡、小沟谷众多给实地调查带来的不利条件，许多 定量观测难以正常进行；3 ) 利用大比例尺d e m ，运用g i s 的手段， 不仅可以直观地观察岳麓山的整体特征和沟谷发育规律，而且可以定 量地对地貌特征进行量测，分析和推测其主要过程，节省了大量人力、 物力和财力。因此，本项研究具有重要的理论意义和广泛的实践价值 本文基于d e m 对岳麓山的的地形因子以及沟谷相关因子进行了 提取和分析，选择了位于东、西、南不同坡向上的共6 条典型沟谷进 行纵剖面和横剖面的形态分析。主要研究成果有： ( 1 ) 高程集中于1 0 0 米以下，坡度较陡，坡向集中于东、西、 南三个坡向，地形以中起伏为主，切割度主要集中于3 0 米以下，粗 糙度主要介于1 1 0 _ 1 4 之间； ( 2 ) 海拔高度与剖面曲率、地形起伏度、地表切割度和地表粗 糙度都呈正相关，而与平面曲率呈负相关；另外地形起伏度、地表切 割度和地表粗糙度三者之间都有很高的正相关性。 ， ( 3 ) 通过对沟壑密度进行提取，发现岳麓山的沟壑密度值较大， 地表比较破碎。 ( 4 ) 通过对岳麓山东、西、南三个坡向上的典型沟谷的纵剖面 和横剖面形态特征进行分析，总结了它们的空间分异规律：三个坡向 上的沟谷的总体的纵剖面形态以及沟谷的宽度、切割深度在沟谷的不 同部位上的空问分布特征是相似的，但是沟谷的纵剖面的起伏变化、 沟谷各部分的下切深度、谷坡形态特征在不同坡向上具有差异性。 ( 5 ) 岳麓山与日本丘陵地区沟谷的各坡面要素的空间分布格局 和发育规律具有相似性，同时，岳麓山沟谷之问还存在一定的差异， 说明地带性因素对沟谷的发育起着主导作用，而岩性和构造等非地带 性因素对沟谷的发育也起着不可忽视的作用。 关键词：岳麓山，d e m ，地貌特征，地形因子，沟谷特征 a b s i 黑渔c t f o rm a n yy e a r s , t h eg e o m o r p h o l o g yr e s e a r c hh a sd e v o t e dt ot h e r e s e a r c ho nl a n d f o r mf e a t u r e so ft h el a r g e 他g i o na ts m a l ls c a l e , a n dt h e r e s e a r c ho nl a n d f o r mf e a t u r e sa n dp r o c e s so f t h es m a l lr e g i o na tb i g9 c a l c w o g r e s ss l o w l y a l t h o u g ht h ed e v e l o p m e n to fd e ma n dg i sh a s p m v i d e dt h ep o w e r f u lt o o l sf o rt h eg e o m o r p h o l o g yr e s 髓r c h , t h ea n a l y s i s o fl a n d f o r mf e a t u r e so fs m a l lr e g i o na lb i gs c a l ei ss u p e r f i c i a lb e c a u s e d e ma tl a r g es c a l ei sm a n u f a c t u r e dw i ml a r g ed i f f i c u l t i e sw i mt h e l i m i t a t i o n so f b a s i ct o p o g r a p h i cd a t a l u c k i l y , t h eo r t h o p h o t ot o p o g r a p b i c m a po f1 ：5 0 0 0o fc h a n g s h ar e g i o nw a sm a n u f a c t u r e di n2 0 0 2w i t ht h e n e e do ft h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t , w h i c hh a sp r o v i d e dt h ee s s e n t i a l s o l i df o u n d a t i o nf o rt h i sr e s e a r c h 、 y u e l uh i i ii sc h o o s e dt oc o n d u c tl a n d f o r mf e a t u r e sr e s e a r c ho f s m a l l r e g i o n , w h i c h i sa t t r i b u t e dt o ：1 ) y u e l uh i l l sl a n d f o r mf t 斌u r e si st ) i p i c a i i nj i a n g n a nr o l l i n gg r o u n d , a n dr e p r e s e n t st h et y p i c a ll a n d f o r mp r o c e s s w h i c hh a p p e n e di nr e g i o n sw i t hs u b - t r o p i c a le v e r g r e e nb r o a d - l e n v e d f o r e s t , t h i c kw e a t h e r e dc r u s t , l a r g et h e p r e c i p i t a t i o n , a c t i v es u r f a c e m 恁2 ) y u e l uh i l lw i t hh i g hv e g e t a t i o nc o v e r a g e ，s t e e ps l o p ea n d m a n ys m a l lg u l l i e sb r i n gt h ed i s a d v a n t a g ec o n d i t i o nt ot h eo n - t h e - s p o t q u a n t i c a li n v e s t i g a t i o n ；3 ) u s i n gd e m a tb i gs c a l ea n dg i s ，t h eo v e r a l l c h a r a c t e 6 s t i ca n dd e v e l o p m e n tm e c h a n i s mo ft h ev a l l e yo fy u e l uh i hi s n o to n l yo b s e r v e dd i r e c t l y , b u ta l s om e a s u r e dq u a n t i f i c a t i o n a l l y , s ot h e m a i nd e v e l o p m e n tp r o c e s sc a nb ea n a l y s e da n ds p e c i l l a t e d , i ts a v e dt h e m a s s i v em a n p o w e r , t h ep h y s i c a li i 睽叼岷r a n dt h ef i n a n c i a l “葛o u 髋 t h e r e f o r e , t h i sr e s e a r c hh a st h ei m p o r t a n tt h e o r ys i g n i f i c a n c ea n dt h e w i d e s p r e a dp r a c t i c a lv a l u e b a s e d0 1 1 d e m , t h et e r r a i nf a c t o r sa n dt h eg u l l yf a v o r sa a n a l y z 峨 m o t h e r w i s e ，t h el e n g t h w i s es e c t i o na n dc r o s sp r o f i l ec h a m c t 耐s t i c so fs i x t y p i c a lg u l l i e sw h i c h l o c a t e di ne a s t , w e s t , s o u t ha r e 锄a n l y z e d 1 km a i n r e s e a r c hr e s u l t si n c l u d e s ： ( 1 ) t h ee l e v a t i o nc o n c e n t r a t e sb e l o w1 0 0i i l e t e r s , s l o p es t e e p ，t h e a 撇l o c a t e da te a s t , s o u t h e a s t , w e s to c c u p i e sm o s t , t h er e l i e fa m p l i t u d ei s m i d d l e , b u _ r f a c 露i n c i s i o nc o n c e n t r a t e sb e l o w3 0m e t e r s ，s u r f a c er o u g h l o s s i sm a i n l yb e t w e e l l1 1 0 - 1 4 ； ( 2 ) t b ee l e v a t i o na n dp r o f i l e ，r e l i e fa m p l i t u d e , $ t l r f a c oi n c i s i o n , t h e s u r f a c er o u g l i n e s sa r ep o s i t i v e l yc o r r e l a t e d , b u tt h ee l e v a t i o na n dt h ep l a n a r en e g a t i v e l yc o r r e l a t e d ；m o r e o v e r , t h er e l i e fa m p l i t u d e , t h es u r f a c e i n c i s i o na n dt h es u r f a c er o u g h n e s sh a v et h ev e r yh i g hp o s i t i v er e l e v a n c e ( 3 ) b a s e do nt h eg r e a t e rg u n yd e n s i t y , t h ee a r t hs u r f a c eb r e a k s g r e a t l y ( 4 ) t h r o u g ha n a l y z i n gf e a m r e so ft h e s i xt y p i c a lg u l l i e s w h i c h l o c a t e di ne a s t , w e s t , s o u t h , t h es p a t i a ld i f f e r e n c e sr u l e sa r ed i s c o v e r e d ： o v a l ll e n g t h w i s es e c t i o ns h a p et h ed i s t r i b u t i o no ft h ew i d t ha n dt h e d e p t ho fa nt h eg i l l l i e sh a v et h es i m i l a r i t y , b u tt h ev a r i a t i o no ft h e l e n g t h w i s es e c t i o ns h a p e ，i n c i s i o nd e p t ho fe v e r yp a r ta n dg u l l i e ss l o p e s h a p ef e a t u r e sa r ed i f f e r e n ti nt h e d i f f e r e n ta s p e c t ( 5 ) t b eg u l l i e so fy u e l uh i l la n dt h ej a p a nh i l lh a v et h es i m i l a r i t y i nt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o np a t t e r na n dt h ed c 、，e l o p m e n t a lm e c h a n i s m , b u t c e r t a i nd i f f e r e n c e se x i s tb e t w e e ng u l l i e si ny u e h ih i l l i ts h o w st h a t ，t h e r e g i o n a lf a c t o rp l a y sal e a d i n gr o l ei nt h eg u l l i e sg r o w t h , b u tu n - r e g i o n a l f a c t o rc a nn o tb ei g n o r e d 。 k e yw o r d s ：y u e i nh i l l ，d i g i t a le l e v a t i o nm o d e l ，l a n d f o r mf e a t u r e ， t e r r a i nf a c t o r ，g u l l yf e a t u r e i v 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外， 本论文不合任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名：弼夕叻年多月6 日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅本人授权湖南大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书 2 、不保密口 ( 请在以上相应方框内打“ ”) 作者签名：锄芎6 日期：碲年石月g 日 导师签名：嘞i嗍：芦厶月日 基于d e m 的岳麓山地貌特征的分析 第一章绪论 1 1 研究目的与意义 1 1 1 研究目的 长期以来，关于地貌特征及其空间分异规律的定量化研究进行 过很多，其中绝大多数都是致力于大区域小比例尺的地貌特征研究， 对于小区域大比例尺的地貌特征未有具体的、较为深入的研究和阐 述。岳麓山植被繁茂、坡面较陡、小沟谷众多，利用传统的研究方 法对其进行实地调查和定量观测有诸多不便，而利用大比例尺 d e m ，运用g i s 的手段，不仅可以直观地观察岳麓山的整体特征和 沟谷发育规律，而且可以定量地对地貌特征进行量测，分析和推测 其主要过程，节省了大量人力、物力和财力。本文基于岳麓山大比 例尺的d e m ，利用g i s 的方法，对该小区域范围内的总体地貌特征 和具体的沟谷形态特征及演化规律进行了研究，试图从小区域范围 的地貌特征的分析入手，揭示整个江南丘陵区大区域范围的地貌特 征及演化规律，将以前已有的微观地貌理论的研究进一步深化。 1 1 2 研究意义 地貌是自然地理环境的重要组成部分之一，地貌通过其表面形 态( 如坡度、坡向、坡形等) 、空间展布( 如海拔高度、相对高度、山 体走向等) 以及各种形态的类型组合( 如盆地、山地、丘陵等) 组成千 姿百态的地表景观。地貌形态、地貌特征制约着地表物质和能量的 再分配，影响着水文过程及其结构，还影响土壤与植被的形成和发 育过程，决定着自然资源和生态环境的种类、分布、以及利用方式 和利用程度。因此，对区域地貌特征进行综合分析，是研究自然资 源和生态环境的形成、特征、演变的重要基础，对认识、开发与保 护区域的自然资源具有重大实践意义。 沟谷系统是流域地貌系统中最活跃的部分之一。在沟谷系统中， 流水的侵蚀和重力作用都很活跃，所以沟谷地貌形态会发生快速的 硕士学位论文 变化，尤其是纵横剖面形态的变化，同时沟谷地貌形态及过程都比 较复杂，使得沟谷地貌研究成为流域地貌系统研究中的薄弱环节【1 1 。 所以基于小区域、大比例尺的d e m ，对岳麓山的地形地貌特征和典型 沟谷形态特征进行研究，为认识沟谷和坡面的发育规律，进一步进 行地形演化的预测打下坚实的理论基础。 1 2 研究现状及发展趋势 1 2 1d e m 在地貌总体特征分析方面的研究 1 2 1 1 宏观尺度上利用d e m 对地貌特征的研究 d e m 是地形表面的数字表达，易于三维可视化和统计分析。它 是人们研究地表过程、构造地貌的一种行之有效的方法和手段，其 应用受到了地学工作者的普遍关注。但是从宏观尺度上，基于d e m 对地貌特征及其空间的分异规律进行的较多。刘振东等【2 】基于d e m 对我国海拔高度进行了频率研究，将我国山地分为六级，并且对全 国的地势起伏度的区域分布特征进行了分析；刘新华【3 】基于我国1 ： 1 0 0 万的d e m 提取地形起伏度、河网密度等，并对它们的空间分布 特征进行了宏观分析；刘爱利1 4 】以我国1 ：1 0 0 万的d e m 为基础， 研究了我国基本地形要素提取、区域地形、地貌特征分析、宏观地 貌类型的自动化分；魏南【5 】基于中国1 ：1 0 0 万的地图中的黑河幅 d e m 为数据资料，确立了形态分类的因子的基础上，并对地貌因子 提取方法进行了研究。 1 2 1 2 小区域大比例尺d e m 的研究 杨军生【l5 】研究了大比例尺d e m 的生产过程的粗差检测与质量 控制；赵健等【i6 】基于l ：1 0 0 0 0 大比例尺d e m 向阳沟小流域的流域 特征进行了提取；周庆琨【1 7 1 等探讨基于大比例尺d e m 进行山区公 路勘测设计的优点和推广意义；陈浩等【1 8 】【1 川应用i ：1 3 0 0 0 的d e m 和d o m ，结合l ：5 0 0 0 的大比例尺的王家沟流域地形图，研究了黄 土丘陵沟壑区沟谷侵蚀演化在坡向上的差异性，并且探讨了沟道流 域坡面与沟谷侵蚀演化关系。 基于d e m 的岳麓山地貌特征的分析 1 2 1 3 基于d e m 的地形因子提取方法及分析研究 基于地形分析的特征提取，实质上是将连续的地表单元划分为 离散的地貌形态单元，找出联系地貌形态单元和d e m 中离散像素的 特征地貌要素。g r e y s u k h ( 1 9 6 7 ) 采用了基于地表坡面流水模拟分 析原理的局部分析方法，将整个数据分为坡地、洼地、分水线、谷 地、阶地和鞍部等几类，但是常常出现分类错误，不能够准确提取 特征要素；p u e c k e r 和d o u g l a s ( 1 9 7 5 ) 采用了基于图像处理原理的 局部分析方法，但它只是试图寻找凹点和凸点这样的一些特征点， 而并没有把这些特征点连成特征线；w o o d 采用的是基于地形表面几 何分析原理的局部分析方法，提取出凸点( p e a k ) 、凹点( p i t ) 、山 脊点( r i d g e ) 、谷底点( c h a n n e l ) 、平地点( p l a n e ) 和交线点( p a s s ) 等六类特征要素。 基于d e m 的地形因子的分析，也做了大量的工作。朱红春等【6 】 基于黄土高原两个完整的小流域，对沟壑密度与整个流域的平均长 度、平均坡度和地面起伏度之间进行了量化模拟；张婷等r 7 】利用神经 网络分析方法对黄土高原地形因子之间的关联性进行了分析；陈楠 等嘲讨论了1 ：l 万和1 ：5 万的d e m 提取的地形因子的差异性，探 讨了比例尺对地形信息量的影响；k f i h n i l 9 等在提取阿尔卑斯地区地 貌特征参数的基础上，分析了高程、坡度和区域地形起伏之间的关 系；张会平等【1 0 】还结合岩石、构造地质等的研究方法，定量研究了 地貌特征与地层岩性、构造发育之间的关系。 1 2 2d e m 在沟谷特征提取和分析方面的研究 1 2 2 1 基于d e m 的沟谷网络水系提取方法研究 传统沟谷水系的获取是通过地图，或者通过判读航片、卫片获 得，无法直接得到诸如流域平均坡度、周长等流域因子。自数字地 面模型之后，沟谷水系获得实现了通过d e m 的自动提取。陈永良【2 0 】、 张成才2 1 1 、李昌峰【2 2 1 等探讨了基于d e m 自动提取水系的方法以及 流域参数的识别；阊国年等【纠从水文学和地貌学两种角度，对地貌 形态结构的定义和提取算法思想进行了比较，证明基于地貌学角度 硕士学位论文 的地貌特征定义和提取更加合理；秦福来等瞄】对流域特征提取方法 以及在非点源污染研究领域的应用进行了研究；王培法【2 5 】对栅格 d e m 的尺度和水平分辨率对流域特征提取的差异性进行了分析。 1 2 2 2 沟谷空间分异规律的研究 以前有关学者对沟谷的结构和发育的研究，很少用到d e m 和 g i s 软件。如赵昭晒等瞄】论述了几种沟谷类型( 浅沟、切沟、崩沟) 及其他们的演变，以及几种沟谷的空间分布规律以及沟蚀现象的分 布规律，最后提出了几点对沟谷的治理意见；易红伟 2 7 1 和吴良超【2 8 】 基于d e m ，使用了g i s 手段，以面积高程曲线、面积深度 曲线、节点的汇流累积量、沟谷的分维值、沟壑密度、沟谷深度信 息熵等来研究黄土高原地区的地形地貌和沟谷特征的宏观分异规 律。 1 2 2 3 沟谷侵蚀方面的研究 白占国【2 9 】计算了不同地质时期沟谷侵蚀量，论述了黄土高原沟 谷侵蚀速率；谢振乾【3 0 】按照沟谷侵蚀作用的方式和特征，将陕西渭 南黄土台源区约5 0 5 5 万年以来的沟谷侵蚀分为4 个侵蚀期，并且 讨论了沈河沟谷的发育过程；何雨等【3 l 】利用黄土沟谷“宽深比值， ”( w n 值) 的变化规律，分析黄土沟谷发育阶段及趋于稳定所需时间， 有效地对黄土沟谷的稳定性进行评价；傅伯杰等【3 2 1 、吴礼福p 3 i 、傅 炜 3 4 】等通过建立样区的d e m ，提取黄土高原流域的坡度、坡向等地 形特征指数，结合气候图、土地利用图等，对流域沟谷的土壤侵蚀 类型和过程进行了研究，并且提出了新的定量模型来计算土壤侵蚀； 严宝文 3 5 】对沟谷发育阶段进行研究，有利于进一步掌握沟谷侵蚀规 律，治理水土流失。 1 2 2 4 沟谷的谷坡形态演化特征研究 最早时期，沟谷谷坡的演化主要集中于谷坡后退的形式和成因 的研究，主要有两种观点f 3 6 1 。第一种为德国地理学家瓦彭克在1 9 2 4 年发表的地貌形态分析中提出的观点，他主张坡的基本形态是 与地质构造有关的，如果地盘隆起，速度突然加快，它的边缘可以 基于d e m 的岳麓山地貌特征的分析 出现凸坡；速度突然减慢，就出现凹坡；速度保持均匀，可以出现 之直坡；第二种为伍德在1 9 4 2 年发表的山坡的发育一文中提出 的观点，他认为坡是由一个壁立的断崖，受到风化作用之后，断崖 面逐渐被碎石堆代替而逐渐后退的。随着现代研究技术和手段的进 步，逐渐验证了以上的两种观点都不具有正确性。后来，崔灵周【3 玎 研究了流域模型在不同的发育时段的主支沟横剖面的形态变化，说 明了横剖面形态的变化与侵蚀产沙的关系。 1 2 2 5 沟谷的形态特征的研究 日本学者1 3 $ 1 研究了丘陵区的谷头部的构成及微地形形态，而且 将其空间结构划分的特别细，从沟头到沟尾分出：项部平坦面( c r e s t f l a t ) 、顶部斜面( c r e s ts l o p e ) 、上部谷壁斜面( u p p e rs i d e s l o p e ) 、下 部谷壁斜面( 1 0 w e rs i d e s l o p e ) 、谷头洼地( h e a dh o l l o w ) 、水道( c h a n n e l w a y ) 、麓部斜面( f o o ts l o p e ) 、谷底面( b o t t o m l a n d ) 等8 个部分， 并给出了典型的沟谷模式图( 见图i - i 和图1 - 2 ) 。 li ：顶部的斜面或平面2 ：上部谷壁斜面 i3 ：谷头凹地4 - 下部谷壁斜面 l5 ：临时性流水6 ：谷底面 图i - 1 日本丘陵地的微地形 f i g 1 it h e m i c r o - l a n d f o r mo f j a p a nh i l l 图l - 2 日本砂岩地区丘陵地典型的谷头部位 微地形模式图 f i g l 一2 t h ep a t t e r no f g u l l y - h e a do f j a p a nh i l lw i t hs a n d r o c k 硕士学位论文 1 2 3 评述 由此可见，国内外利用d e m 开展了大量地貌学特征及其过程的 分析，深化了已有的研究和解释，探索出许多有益的研究方法，为 进一步的研究奠定了必要的基础。 但是，已有研究存在一些有待改进的地方：( 1 ) 从宏观尺度上 对地貌特征及其它们的空间分异规律的定量化研究较多，对于小区 域大比例尺的地貌特征与过程的研究相对较少；( 2 ) 大多基于大范 围、小比例尺的数字高程模型；( 3 ) 针对黄土高原区小流域的地貌 特征研究较多，而对于江南丘陵湿润区的研究较少；( 4 ) 主要是通 过室内模拟实验，研究在模拟降雨条件下，流域模型在不同的发育 时段的主支沟横剖面的形态变化，说明了流域模型在不同发育阶段 地貌形态的空间结构特征和侵蚀产沙的时空动态规律，但是没有从 同一时期内，不同沟谷的横纵剖面的差异性角度来分析沟谷的形态 特征和演化规律。 6 基于d e m 的岳麓山地貌特征的分析 第二章研究区概况和研究方法 2 1 研究区的概述 岳麓山位于湖南省长沙市的湘江西岸，由山的主体和周围一系 列的小丘陵构成。本文中所研究的岳麓山范围指的是岳麓山的主体 部分，即东经1 1 2 0 5 4 5 5 ”1 1 2 0 5 6 3 7 ”，北纬2 8 0 1 0 5 ， 2 8 0 1 2 1 2 ”，南 北长约4 k m ，东西宽约3k m ，主体面积6k m 2 。其具体位置见图2 1 。 岳麓山主要是由扭动构造带中的新华夏系构造形成，并且地貌 格局基本上定型于强烈的燕山运动期的新华夏系构造体系，以拗陷 和断裂为主，形成了东北东南向的山脉延伸状况，这种上升运 动，导致了侵蚀基准面的下降，为重力侵蚀、沟谷溯源侵蚀和流水 侵蚀提供了有利的条件f 圳。 岳麓山组成岩石为岳麓山砂岩，由厚层石英砂岩、砂页岩互层、 页岩和砂砾岩组成，砂岩抗风化和剥蚀能力强，而山体四周因外力 和构造作用，沿断裂处受侵蚀严重，形成沟壑，使岳麓山显的高耸 挺拔。 岳麓山中部高峻，南北渐低；东坡陡峻，西坡较缓，山脊线以 云麓峰为转折，南段呈东南西北走向，止于最南端左家垅的靳江口； 北段向东北延伸，止于渫湾镇，成一半月弧型，凹面朝向长沙古城， 最高点海拔2 9 9 9m 。 岳麓山气候特点为春温多变，夏秋多晴，全年严寒期短，暑热 勰长，年平均温度1 7 c ，7 月平均气温2 8 6 c ，极端高温4 0 6 ， 一月平均气温4 6 c ，极端低温一“3 ，与长沙市中心地区相比， 山中平均气温低铴，季节往往推迟1 0 d 左右，年平均降雨 1 2 0 0 1 4 0 0mm 4 0 l 。 硕士学位论文 图2 - 1 岳麓山的地理位置图 f i g 2 1 t h el o c a t i o no f y u e l uh i l l 图2 - 2 岳麓山的渔网图 f i g 2 - 2 t h ef i s h n e to f y u e l uh i l l 3 基于d e m 的岳麓山地貌特征的分析 岳麓山植物种属丰富，以典型的亚热带常绿阔叶和亚热带暖性 针叶林为主，区系属华中地区，地带性科以常绿阔叶树的壳斗科、 樟科、冬青科、山矾科和松科等占优势，森林总面积达5 3 3 3 3 h r n 2 ， 森林覆盖率为9 6 。岳麓山主要土壤为山地红壤。 2 2 原始数据的来源 本文所用的原始数据为四幅2 0 0 0 年航摄2 0 0 2 年成图的1 - 5 0 0 0 正射影像纸质地形图，图幅号分别为：h 4 9h1 8 3 1 5 8 、h 4 9h1 8 3 1 5 9 、 h 4 9h1 8 4 1 5 8 、1 - 1 4 9h1 8 4 1 5 9 ，然后根据地形图，按照国家标准( - - - 4 0 各分级所占比例( ) 1 3 4 43 9 89 0 41 5 7 4 1 3 2 5 1 1 4 3 3 3 1 3 一一 削面曲率( 度) 一” 图4 - 6d e m 提取的剖面曲率分级统计图 图4 - 7d e m 提取的平面曲率分级统计图 f i g 4 - 6 n ”s t a t i s t i cm a po f c l a s s i f i c a t i o no f f i g 4 - 3 t h es t a t i s t i cm a po f c l a s s i f i c a t i o no f p r o f i l ec u r v a t u r e p l a nc i l r v a t u r e 从表4 7 可以看出，岳麓山剖面曲率的变差系数与上述的坡度、 坡向相比，发生明显的增大，所以剖面曲率的空间分布差异性较大。 从表4 8 和图4 - 6 上可以看出，岳麓山的d e m 所提取的剖面曲率主 要集中于4 0 度以上，其面积占到了3 3 1 3 。 ( 5 ) 平面曲率集中于7 0 度以上，其它各级呈均衡分布状态 通过提取坡向专题层的坡度，得到栅格d e m 的平面曲率专题 层。首先提取平面曲率的总体量化值( 见表4 9 ) ，然后将其划分为 8 个等级，分别统计各级别所占的面积百分比( 见表4 一l o 和图4 7 ) 。 平面曲率分级图见附图4 。 幻 龉 坫 m 5 o 6 暑譬末阻 跖 箝 肋 峙 伸 5 o 6 0 丑隶阻 基于d e m 的岳麓山缝貌特征的分析 表4 9 平面曲率的总体量化值 ：! 坐：竺! 些竺兰竺! ! 皇型! ! ! ! ! 出竺竺垡坐 平面曲率统计指标n m x r r t f m ls t & 变差系数 度8 9 2 8 9 3 9 8 4 8 1 3 5 6 9 1 2 5 9 3 1 9 2 7 0 5 3 8 7 2 6 表4 - 1 0 平面曲率各分级所占面积百分比 ! 竺：竺! ! ! 坚竺兰竖竺竺墅! ! 竺型2 墼! 竺竺竺! 垫竺! 丝! 皇竺 平面曲率分级( 度 0 - 1 0 1 0 - 2 02 0 - 3 03 0 - 4 04 0 5 05 0 - 6 06 0 - 7 0 = 7 0 各分级所占比例( ) 1 0 6 17 4 68 9 01 0 1 51 1 4 81 2 9 11 3 9 12 4 5 8 从表4 - 9 可以看出，岳麓山平面曲率的变差系数较大，但比剖 面曲率小，除了7 0 度以上级别外，其它各级呈现均衡分布。从表4 1 0 和图4 7 上可以看出，岳麓山的d e m 所提取的平面曲率主要集中于 7 0 度以上，其面积占到了2 4 5 8 。 ( 6 ) 地形起伏度以中起伏为主，其它各级呈均衡分布状态 在求取地形起伏度时，分析窗口大小的确定最为关键。本文采 用传统的栅格窗口递增的方法来确定最佳分析单元。求取研究区内 半径分别为1 0 、2 0 、3 0 2 0 0 ( 增幅为1 0 ) 的圆形分析窗口下的地 形起伏度，统计结果以窗口大小为横轴，以地形起伏度的最大值为 纵轴作点折线图，人工判断拐点，拐点所对应的窗口即为最佳统计 单元。从表4 1 1 和图4 _ 8 中可以看出，半径为1 7 0 的分析窗口处为 明显的拐点，因为该研究区的d e m 的分辨率为2 5 米，所以转化为 实际窗口面积为o 1 8 k i n 2 。然后在a r a m a p 中的 s p a t i a l a n a l y s t 模 块支持下，采用g i s 中的窗口分析法和复合分析法实现。 硕士学位论文 表4 - 1 1 研究区最大起伏度和最大切割度随分析窗口半径的变化 t a b 4 - 1 1t h em a x i m u mr e l i e f a m p l i t u d ea n ds 1 l r f a t ：ei n c i s i o no f e v e r yd i f f e r e n tn e i g h b o r h o o ds i z e 图4 8 地形起伏度最佳分析窗口的确定 f i g 4 8t h ed e k 卿j 玎a o f b e s tn e i g h b o r h o o ds i z ei nr e l i e f a m p l i t u d e 在提取出研究区的起伏度图层之后，首先提取研究区的起伏度 总体量化值( 见表4 - 1 2 ) ，然后根据我国1 ：4 0 0 万和1 ：1 0 0 万地貌 图地形起伏度等级划分标准( 微缓起伏o 2 0 米、小起伏2 0 7 5 米、 中起伏7 5 2 0 0 米、山地起伏2 0 0 6 0 0 米) ，将岳麓山的地形起伏度进 行分级统计，计算各级起伏度分布面积百分比( 见表4 - 1 3 ) 。 基于d e m 的岳麓山地貌特征的分析 表4 - 1 2 地形起伏度的总体量化值 ! 些! ：! 生竺型2 竺坐! ! ! 竺! ! 堡! 丝! 婴! 竺! 地形起伏度l a i n m a x i i m ns t d 变差系数 米02 4 4 6 1 5 71 2 5 9 0 3 96 8 2 9 3 2 9 70 5 4 2 4 2 4 表4 - 1 3 地表起伏度各分级所占面积百分比 t a b 4 - 1 3t h e8 1 - e ap e r c e n t a g eo f e v e r yr e l i e f a m p l i t u d ec l a s s i f i c a t i o n 从表4 - 1 2 可以看出，研究区的地形起伏度的变差系数较大，而 且起伏度最大值达到了2 4 4 6 1 5 7 米，与黄土高原沟谷侵蚀比较严重 的地区在1 ：1 0 0 0 0 比例尺下提取的最大起伏度值相近，说明岳麓山 的地形起伏变化比较明显，从表4 - 1 3 可以看出，岳麓山以中起伏为 主。 ( 7 ) 地形切割度以3 0 米以下为主，空间分布差异性明显 同地形起伏度相似，在求取地形切割度的过程中，分析窗口大 小的确定最为关键。本文采用与地形起伏度类似的方法确定最佳分 析窗口，即采用传统的栅格窗口递增的方法来确定最佳分析单元。 分别求取样区内半径分别为1 0 、2 0 、3 0 2 0 0 ( 增幅为1 0 ) 的圆形 分析窗口下的地表切割度，统计结果以窗口大小为横轴，以地形切 割度最大值为纵轴作点折线图，人工判断拐点，拐点所对应的窗口 即为最佳统计单元。经过实验，可以发现，随着分析窗口的逐渐增 大，地形切割度的变化趋势与地形起伏度基本相一致，拐点也基本 相同，即半径为1 7 0 的分析窗口处为明显的拐点，该样区的d e m 的 分辨率为2 5 米，所以转化为实际窗口面积为o 1 8 k m 2 。同地形起伏 度，也是在a r a m a p 中的【s p a t i a la n a l y s t 模块支持下，采用g i s 中的窗口分析法和复合分析法实现的。 硕士学位论文 图4 9 地表切割度最佳分析窗口的确定 f i g 4 - 9t h e d e t e r m i n a t i o no f b e s tn e i g h b o r h o o ds i z ei ns u r f a c ei n c i s i o n 在提取出研究区的切割度图层之后，首先提取研究区的切割度 总体量化值( 见表4 - 1 4 ) ，然后将岳麓山的地形切割度划分为5 级， 统计各级切割度分布的面积百分比( 见表4 - 1 5 ) 。 表4 - 1 4 地形切割度总体统计特征 ：! 生：! ：! 兰! 坠坚型竺竺些竺! ! ! 坚堑! 坚堕! 竺 地形切割度 r a i n m a x 。 m e a ns t d 变差系数 米01 4 4 1 8 5 9 4 9 1 4 5 43 6 9 8 5 40 7 5 2 5 7 1 表4 - 1 5 地形切割度各分级所占面积百分比 t a b 4 - 1 5t h ea r e ap e r c e n t a g eo f e v e r ys u r f a c ei n c i s i o nc l a s s i f i c a t i o n 切割度分级( 米) 0 - 3 0 3 0 - 5 05 0 - 8 08 0 一1 0 01 0 0 - 1 5 0 各分级所占比例( ) 4 1 2 2 1 8 3 41 7 7 69 3 6 1 3 3 1 从表4 一1 4 可以看出，研究区的地形切割度的变差系数较起伏度 大，说明切割度空间分布差异性明显。同时，切割度最大值也较大， 达到了1 4 4 1 8 5 9 米，同样与黄土高原沟谷侵蚀比较严重的地区在l ： 1 0 0 0 0 比例尺下提取的最大切割度值相近，说明岳麓山有地形切割特 别明显的区域分布，从表4 一1 5 可以看出，岳麓山的地表切割度主要 集中于3 0 米以下，占到了总面积的4 1 2 2 。 基于d e m 的岳麓山地貌特征的分析 ( 8 ) 地表粗糙度集中分布于1 0 1 1 4 之间，空间分布较均匀 首先提取地表粗糙度的总体量化值( 见表4 - 1 6 ) ，然后将其划分 为6 个等级，分别统计各级所占的面积百分比( 见表4 - 1 7 ) 。 表4 1 6 地表粗糙度总体量化值 tab4-16t h et o t a lq u a n t i z a t i o no f s u r f a c er o u g h n e s s 地表粗糙度 m i n m a x m e a ns t d 变差系数 1 ，弧度 12 7 0 8 3 0 9 1 0 8 6 6 6 00 0 9 2 9 7 30 0 8 5 5 5 9 表4 - 1 7 地表租糙度各分级所占面积百分比 t a b 4 - 1 7t h ea r e ap e r c e n t a g eo f e v c r ys u r f a c er o u g h n e s sc l a s s i f i c a t i o n 从表4 1 6 可以看出，地表粗糙度的变差系数很小，分布较均匀。 从表4 1 7 可以看出，地表粗糙度值集中分布于1 0 1 1 4 之间， 1 1 8 的只占到0 0 3 。 4 1 4 2 不同地形因子的关联性分析 ( 1 ) 海拔高程与坡度 表4 - 1 8 不同坡度等级在不同高度等级面上的分布面积 n 塞( 度) l2345678 面潞 高程( 武 0 0 3 。3 0 5 05 。8 。8 0 1 5 01 5 0 - 2 5 02 5 0 - 3 5 03 5 。- 4 5 。4 5 0 9 0 0 5 0 一1 0 04 9 0 1 3 1 2 5 cz 8 9 2 0 0 o 伽3 9 5 6 2 5 0 0 05 7 2 2 8 7 5 0 c7 1 1 6 6 2 5 0 04 8 9 7 8 1 2 5 c1 4 0 3 6 8 7 5 c2 2 0 2 5 0 0 0 1 0 0 一1 5 02 1 8 8 1 2 5 06 2 3 7 5 0 02 5 7 6 2 5 0 02 0 2 8 2 5 o 伽5 8 9 3 2 5 0 0 04 9 7 9 0 0 o o c1 6 8 1 7 5 0 0 02 4 2 1 2 5 0 0 1 5 0 2 0 02 2 7 3 7 5 0 01 0 2 3