基于DEM的陕北黄土高原地面坡谱不确定性研究

【摘要】：黄土高原地而坡谱理论是利用微观地形定量因子描述区域地形特征的新的地形分析方法,是基于DEM的对地监测与分析方法的新的探索,是黄土高原地貌研究新方法的探索,体现了多学科的融合,是地理学、地理信息科学诸多基本理论问题研究的切入点,是利用多学科融合解决重大科学理论问题的理念的一次具体实践研究。该理论的提出,具有重大的科学意义。但是,初步研究显示,地面坡谱具有很大不确定性。坡谱的不确定性是地理现象尺度效应的综合反映,涉及到很多地理信息科学的基础理论问题,该问题的突破具有重要的现实意义和科学价值。 本文首先系统、科学、全面的总结了前人对坡谱研究的主要成果,在此基础上完善了坡谱的基本概念,包括坡谱的定义、组成、分类及提取;构建了坡谱不确定性概念模型和过程分布模型,并从定性角度分析了其形成原因;从理论高度提炼出影响坡谱不确定性的关键因素:DEM数据、坡谱因子计算模型、坡谱因子的分级、坡谱稳定面积阈值;接着以陕北黄土高原6个典型地貌类型区的1:10000和1:50000 DEM数据为信息源,系统研究了这些关键影响因素对坡谱不确定性的影响规律:在此基础上,借鉴地理空间数据不确定性处理中的“ε-带”模型和统计学基本原理,构建了坡谱稳定的判定模型;以此模型为基础,系统、深入研究了陕北黄上高原6个典型地貌类型区的坡谱变异特征,从理论高度提炼出坡谱存在的基本地域条件:地貌形态的相似性、研究尺度的合理性、地貌类型的完整性;最后,以陕北黄土高原6个典型地貌为例,深入研究了地貌形态特征、DEM尺度效应及坡谱稳定条件对提取坡谱稳定而积的不确定性影响,给出了确定坡谱稳定面积的实用性结论,为坡谱的进一步深入研究和具体应用奠定良好的理论基础。 其中,坡谱稳定面积的判断和提取是本文研究的核心和重点。稳定面积的存在不仅是提取正确坡谱的基础,而且是同一地貌类型区局部与整体相似特征反映。稳定面积的提取涉及到地学分析中的尺度效应、地理信息的不确定性理论,地貌自相似定律等一系列地理信息科学的前沿性基础理论问题。本文在研究过程中所设计的坡谱不确定性分析模型与方法,对这些前沿性基础理论问题,尤其对DEM尺度效应的分析、遥感数据分类的不确定性分析等,也具有很好的借鉴意义。