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庐山地区面积高程积分提取及其空间特征研究.docx
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2023-02-23
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庐山地区面积高程积分提取及其空间特征研究.docx
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面积高程积分(hypsometric integral, HI)是研究流域水平断面面积与其高程关系的重要方法,是
地貌定量分析中的重要指标之一
[1]
,在流域地貌发育
[2]
、地表形态塑造
[3]
、地质构造活动
[4]
等地貌
学研究领域得到了广泛应用。
面积高程积分值可以定量表征流域地貌的发育阶段:HI 值较低(HI<0.4),则面积高程曲线呈凹形,
即流域物质侵 蚀量较高,地形发育时间较长,说明地貌发育进入老年期;反之 ,HI 值较高(HI>
0.6),则说明地貌发育尚处于幼年期;当 0.4≤HI≤0.6 时,则说明地貌发育处于壮年期
[5]
。
数字高程模型(digital elevation model, DEM)是提取面积高程积分的基础。目前,相关学者已提
出多种 HI 值的计算方法
[6]
。由于数据来源、采集方式、处理方法等差异,同一区域的 DEM 在分辨
率、水平精度、垂直精度上会有所不同
[7]
,从而对面积高程积分的提取结果造成影响。目前缺乏对
不同来源的 DEM 在面积高程积分提取上的对比和选取的研究,而这对面积高程积分的提取结果具
有重要影响。
针对上述问题,本文基于多种 DEM 数据源,以庐山为研究区,对各 DEM 的面积高程积分提取结
果进行对比和精度评价,选取适宜的数据源。利用最适宜的数据源对研究区面积高程积分的空间特
征进行研究,从而了解庐山地貌的发育状态。
1 研究区与 DEM 数据源
1.1 研究区与样区概况
本文研究区为庐山地区,并以其中的庐山垄流域为样区,研究不同 DEM 数据源在提取面积高程积
分上的适宜性。
庐山位于江西省北部,呈北东-南西走向,最高海拔为 1 473.8 m,属地垒式断块山,山体主体处
于莲花洞大断裂线和温泉大断裂线以内
[8]
。庐山垄位于庐山西南部为北东-南西走向的河谷,庐山
垄横剖面多呈“V”形,谷地深切,谷坡陡峭,是庐山地区较为典型的溯源侵蚀河谷
[9]
。适合作为面
积高程积分提取效果对比的样区。
1.2 DEM 数据源
本文采用 4 种不同的 DEM 数据作为面积高程积分提取的基础数据,分别为江西省测绘地理信息局
提供的 5 m 分辨率 DEM(数据 A)、国家基础地理信息中心提供的 25 m 分辨率 DEM(数据 B)、30
m 分辨率的 ASTER GDEM V1(数据 C)和 30 m 分辨率的 ASTER GDEM V2(数据 D)。
研究数据还包括研究区的基础地理数据,如 1:1 万庐山北部地区地形要素数据、1:5 万庐山地区地
形要素数据,以及 Pleiades 卫星获取的 2016 年研究区 0.5 m 分辨率的遥感影像。此外,基于研
究区 1:5 万地质图,提取了主要构造线及断层的位置,形成线要素数据,用于分析面积高程积分的
空间特征。
2 HI 提取与评价方法
本文首先利用水文分析,对 4 种 DEM 数据分别处理,将样区庐山垄流域划分为 100 多个汇水盆地,
通过起伏比法计算得到各汇水盆地的 HI 值,用简单克里金插值法对 HI 值进行插值,并根据插值
结果评价 4 种 DEM 数据提取 HI 的效果。然后,选取提取结果最优的 DEM 数据,对庐山地区全域
进行分析,根据不同的阈值多次进行汇水盆地划分,选取合适的划分结果,并计算各汇水盆地的 HI
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