陳學(xué)兄, 張小軍, 常慶瑞

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 山西 太谷 030801; 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,山西 太谷 030801; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

?

陜西省地形起伏度最佳計(jì)算單元研究

陳學(xué)兄1, 張小軍2, 常慶瑞3

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 山西 太谷 030801; 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,山西 太谷 030801; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

摘要：[目的] 確定陜西省地形起伏度最佳計(jì)算單元,分析地形起伏度的空間分布規(guī)律,為地貌類型劃分提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。[方法] 以陜西省90 m×90 m的航天飛機(jī)雷達(dá)地形測繪使命(SRTM)數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),首先利用鄰域統(tǒng)計(jì)分析法〔矩形鄰域選取2×2,3×3,4×4,…,35×35共34個不同大小的鄰域窗口,圓形鄰域窗口選取20個(鄰域半徑R為2～21)〕對陜西省地形起伏度進(jìn)行提取,然后統(tǒng)計(jì)不同矩形窗口和圓形窗口下的各種地形起伏度類型所占面積比例,接著運(yùn)用均值變點(diǎn)分析法計(jì)算最佳計(jì)算單元,最后完成陜西省地形起伏度分級圖的繪制,并對地形起伏度特征進(jìn)行分析。[結(jié)果] 不同地形起伏度類型所占面積比例的變化各有不同。按矩形鄰域計(jì)算的地形起伏度最佳計(jì)算單元為12×12,對應(yīng)面積為898 704 m2,按圓形鄰域計(jì)算的地形起伏度最佳計(jì)算單元為R=8,對應(yīng)面積為1 254 191.4 m2,這說明在使用鄰域分析法提取地形起伏度時,采用圓形鄰域有別于采用矩形鄰域。陜西省地形總體較平緩,主要以小起伏、中起伏為主。[結(jié)論] 簡單實(shí)用的均值變點(diǎn)分析法,是確定最佳計(jì)算單元的一種較為理想的方法。

關(guān)鍵詞：土壤侵蝕; 航天飛機(jī)雷達(dá)地形測繪使命; 數(shù)字高程模型; 地形起伏度; 最佳計(jì)算單元; 陜西省

文獻(xiàn)參數(shù)： 陳學(xué)兄, 張小軍, 常慶瑞.陜西省地形起伏度最佳計(jì)算單元研究[J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：265-270.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.046

水土流失是土地退化的主要原因，也是生態(tài)環(huán)境惡化的重要因素[1]。陜西省是中國水土流失、沙化等環(huán)境問題最嚴(yán)重的地區(qū)之一，水土流失面積占全省土地總面積的66.9%，是制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素[2]。水土流失發(fā)生和發(fā)展的潛在條件主要有氣候、土壤、地形、地質(zhì)、植被等。地形對水土流失的影響包括坡度、坡長、坡向、坡形及地形起伏度等因素的影響[3]，其中地形起伏度又是區(qū)域水土流失評價的地形指標(biāo)[4]。為此，選用適用于區(qū)域尺度的90 m×90 m SRTM DEM數(shù)據(jù)，對陜西地形起伏度進(jìn)行準(zhǔn)確地提取，是開展水土流失定量評價的基礎(chǔ)性工作。

地形起伏度(relief amplitude)是指在某一個確定面積內(nèi)最大高程與最小高程之差[5]。它是定量描述地貌形態(tài)、劃分地貌類型的重要指標(biāo)，是描述一個區(qū)域地形特征的宏觀性指標(biāo)，它反映地面的起伏狀況和切割程度。近年來，地形起伏度被廣泛應(yīng)用于土壤侵蝕敏感性評價、區(qū)域滑坡災(zāi)害評價、水土流失定量評價、地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價等方面[4,6-9]。利用數(shù)字高程模型(digital elevation model, DEM)為基本數(shù)據(jù)進(jìn)行地形起伏度的提取與分析，是獲取所需地表信息的快速有效手段[5]。目前，利用DEM對地形起伏度的提取已有一些研究成果[4,10-15]，已有研究發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)、不同地貌類型對應(yīng)不同的地形起伏度最佳分析區(qū)域。鑒于此，本研究利用鄰域分析法對陜西省地形起伏度因子進(jìn)行了提取，為避免主觀因素的影響，選用均值變點(diǎn)分析法確定陜西省地形起伏度的最佳計(jì)算單元，并對其地形起伏度特征進(jìn)行了分析，以期為地貌類型劃分提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為地形起伏度的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考。

1研究區(qū)概況

陜西省地處中國西北地區(qū)(105°29′—111°15′E，31°42′—39°35′N)，東鄰山西、河南省，西連寧夏、甘肅省，南抵四川、重慶、湖北省，北接內(nèi)蒙古，居于連接中國東、中部地區(qū)和西北、西南的重要位置。陜西省地域狹長，地勢南北高，中間低，有高原、山地、平原和盆地等多種地形，全省總面積為2.058×105km2。研究區(qū)橫跨3個氣候帶，南北氣候差異較大。陜南屬北亞熱帶氣候，關(guān)中及陜北大部屬暖溫帶氣候，陜北北部長城沿線屬中溫帶氣候。年平均降水量340～1 240 mm，降水南多北少，陜南為濕潤區(qū)，關(guān)中為半濕潤區(qū)，陜北為半干旱區(qū)。

2材料與方法

2.1數(shù)據(jù)來源與處理

本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為:全國數(shù)字高程模型(SRTM DEM,90 m分辨率),數(shù)據(jù)采樣格網(wǎng)大小為79 m,其數(shù)據(jù)格式為ArcGIS的Grid格式,地理坐標(biāo)系為:WGS_1984_Albers;陜西省矢量邊界圖,其地理坐標(biāo)系與SRTM DEM數(shù)據(jù)相同,利用該矢量邊界圖從全國DEM柵格數(shù)據(jù)上截取出陜西省范圍的DEM數(shù)據(jù)。

2.2研究方法

2.2.1鄰域分析法地形起伏度的提取利用鄰域分析法進(jìn)行。鄰域統(tǒng)計(jì)計(jì)算過程中的分析窗口有矩形、圓形、環(huán)形和扇形共4種[16]。本文選取矩形窗口和圓形窗口，矩形窗口大小為n×n像元(n=2,3,4,…,35)，圓形窗口的鄰域半徑R為2～21。計(jì)算過程為(以矩形窗口為例)：首先統(tǒng)計(jì)n×n窗口內(nèi)像元的最大值(max)與最小值(min)；然后計(jì)算出最大值與最小值的差值，該差值即為n×n窗口的地形起伏度值；接著用n×n窗口的地形起伏度柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)各窗口下的平均起伏度值(表1)。利用同樣的計(jì)算步驟對圓形鄰域窗口下的陜西省地形起伏度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2。

2.2.2確定最佳計(jì)算單元地形起伏度研究的關(guān)鍵是確定最佳計(jì)算單元[5]，即得出一確定面積，能恰到好處地反映地貌體的完整性，并具有一定范圍內(nèi)較強(qiáng)的代表性，即普適性。目前，國內(nèi)關(guān)于這方面的研究也越來越受到關(guān)注，且取得了一些研究成果[4,10-15]，如劉新華等[4]利用1∶100萬DEM數(shù)據(jù)分析中國水土流失地形因子時，確定的地形起伏度的最佳計(jì)算單元為5 km×5 km；高守英等[10]利用1∶1萬的DEM數(shù)據(jù)分析龍口市泳汶河流域的地貌形態(tài)時，使用的最佳計(jì)算單元為2.5 km×2.5 km；唐飛等[11]利用1∶25萬的DEM數(shù)據(jù)提取新疆克拉瑪依地區(qū)地形起伏度時，得出準(zhǔn)格爾盆地及其西北山區(qū)地形起伏度計(jì)算的最佳單元為20×20的網(wǎng)格大小(即4 km2)；王玲等[12]利用1∶25萬DEM數(shù)據(jù)計(jì)算得出8×8的網(wǎng)格大小(2.56 km2)為新疆地形起伏度計(jì)算的最佳單元，并繪制了新疆地形起伏度分級圖；王巖等[13]利用貴德地區(qū)1∶5萬地形圖等高線數(shù)據(jù)，分析得到該區(qū)地形起伏度計(jì)算的最佳單元為400 m×400 m，并制作了地形起伏度專題圖；曹偉超等[14]利用ASTER GDEM數(shù)據(jù)，得到了整個西南地區(qū)19種地貌類型的分布圖，同時得出2.34 km2為西南地區(qū)地形起伏度計(jì)算的最佳單元；郎玲玲等[15]基于1∶25萬和1∶10萬的DEM分析了福建省地形起伏度最佳計(jì)算單元的大小，得出對于福建地區(qū)1∶25萬DEM下，4.41 km2為最佳計(jì)算單元，而1∶10萬DEM下，0.4 km2為最佳計(jì)算單元?？梢姴煌貐^(qū)、不同分辨率DEM、不同DEM數(shù)據(jù)類型，所使用的最佳計(jì)算單元大小是有區(qū)別的。

3結(jié)果與分析

3.1鄰域面積與地形起伏度關(guān)系分析

對不同矩形鄰域所對應(yīng)的面積進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見表1。從表1可知，最大起伏度起初隨著鄰域面積的增大而迅速增大，但當(dāng)達(dá)到一定的閥值時其增大的趨勢逐漸平緩，變化幅度不是很穩(wěn)定，而平均起伏度在鄰域面積達(dá)到一定大小時，其變化幅度是很平穩(wěn)的；同樣對不同圓形鄰域所對應(yīng)的面積進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見表2。圓形鄰域窗口下的最大起伏度及平均起伏度的變化趨勢與矩形鄰域窗口下的比較相似。

表1　矩形鄰域面積與地形起伏度關(guān)系

表2　圓形鄰域面積與地形起伏度關(guān)系

3.2各種類型地形起伏度變化分析

根據(jù)中國1∶100萬數(shù)字地貌制作規(guī)范[17]可對地形起伏度做如下劃分：平原(≤30 m)、臺地(30～70 m)、丘陵(70～200 m)、小起伏山地(200～500 m)、中起伏山地(500～1 000 m)、大起伏山地(1 000～2 500 m)、極大起伏山地(>2 500 m)。因研究區(qū)域地形起伏度均小于2 500 m，所以地形起伏度可劃分為平原、臺地、丘陵、小起伏山地、中起伏山地及大起伏山地6種類型。按此劃分標(biāo)準(zhǔn)對陜西省不同矩形窗口和圓形窗口下的地形起伏度進(jìn)行分級，統(tǒng)計(jì)每種地形起伏度類型的面積，并繪制每種地形起伏度類型所占面積百分比隨鄰域窗口增大的變化曲線圖(如圖1所示)。

從圖1a可以看出，每個級別所占面積比例的變化各有不同。其中，地形起伏度小于30 m的平原地區(qū)、30～70 m之間的臺地，其所占面積比例隨鄰域窗口增大呈逐漸減少的趨勢；70～200 m之間的丘陵地區(qū)，所占面積比例隨鄰域窗口增大呈先增后減的趨勢，鄰域窗口為5×5時，丘陵所占面積比例達(dá)到峰值，占全區(qū)面積的56.44%；對于200～500 m之間的小起伏山地，所占面積比起初隨鄰域窗口增大而迅速增大，但當(dāng)鄰域窗口為12×12時，增加趨勢很平緩，增幅很小；對于500～1 000 m之間的中起伏山地，起初所占面積極少，當(dāng)鄰域窗口達(dá)到8×8之后，隨鄰域窗口增大呈明顯上升趨勢；對于地形起伏度大于1 000 m的大起伏山地，起初所占面積為0，當(dāng)鄰域窗口達(dá)到22×22之后，隨鄰域窗口增大呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢。

由圖1b得知，矩形鄰域和圓形鄰域兩種情況下各種地形起伏度所占面積比例的變化趨勢大致相同，但也略有差異。地形起伏度介于70～200 m之間的丘陵地區(qū)，所占面積比例的最高值出現(xiàn)在鄰域面積為0.176 4 km2(R=3)對應(yīng)的位置上，較矩形鄰域?qū)?yīng)的0.156 0 km2大，所占面積比例為55.92%；地形起伏度在200～500 m之間的小起伏山地，所占面積比例在鄰域面積為0.960 24 km2(R=7)時，其增加趨勢開始平緩的，比矩形鄰域下的0.898 7 km2(12×12)大，所占面積比例為36.65%；地形起伏度在500～1 000 m之間的中起伏山地，起初所占面積也為0，當(dāng)R=4時，隨鄰域窗口增大呈明顯上升趨勢，所對應(yīng)的鄰域面積為0.313 55 km2，較矩形鄰域下的0.399 424 km2(8×8) ??；圓形鄰域下在對應(yīng)面積為3.311 849 km2(R=13)的位置出現(xiàn)地形起伏度大于1 000 m的情況，而在矩形鄰域下這個面積為3.020 64 km2(22×22)。上述結(jié)果表明，使用鄰域窗口分析法提取地形起伏度時，圓形鄰域有別于矩形鄰域。

圖1　地形起伏度類型面積百分比的變化曲線

3.3確定最佳尺度地形起伏度

3.3.1最佳計(jì)算單元確定原則地形起伏度最佳計(jì)算單元需要滿足山體完整性和區(qū)域普適性原則[5]。山體完整性原則，即統(tǒng)計(jì)區(qū)域需能恰當(dāng)?shù)胤从成襟w的完整性。以山體上的任一點(diǎn)為鄰域中心，隨著鄰域范圍的增加，會將更大和更小的山體包括進(jìn)來，使區(qū)域內(nèi)高程極值范圍發(fā)生改變，目標(biāo)柵格點(diǎn)起伏度也隨著發(fā)生變化。這個高差值一般隨著分析窗口的增大而增大，當(dāng)范圍增加到把整個山體都包括時，高差值的增幅變得較小，將地形起伏度增加幅度由大變小的尺度定義為變點(diǎn)，變點(diǎn)所對應(yīng)的尺度即為最佳計(jì)算單元，這一尺度下的地形起伏度，恰到好處地反映了山體的起伏狀況，要提取適合一個地區(qū)的計(jì)算單元，需將滿足最大山體山體完整性的計(jì)算單元求出，此計(jì)算單元一定會滿足較小山體的山體完整性原則，從而達(dá)到區(qū)域普適性的要求。

3.3.2確定最佳計(jì)算單元確定一個合適的分析區(qū)域或分析窗口半徑，使得在宏觀范圍內(nèi)的起伏度能夠準(zhǔn)確地反映地面的起伏狀況，是地形起伏度提取中的核心步驟和決定區(qū)域起伏度信息提取效果與有效性的關(guān)鍵[15]。起伏度隨鄰域面積的變化曲線呈邏輯斯蒂克曲線[12]，最佳計(jì)算單元的大小確定即在該曲線由陡變緩處。利用Excel軟件的統(tǒng)計(jì)功能對表1中的鄰域面積與平均起伏度及表2中的鄰域面積與平均起伏度分別進(jìn)行對數(shù)方程擬合，得出擬合曲線(圖2)。圖2中x軸為鄰域面積；y軸為平均起伏度。由圖2可見，矩形鄰域窗口下的平均起伏度與鄰域面積的擬合曲線為y=62.002 ln(x)-64.032，決定系數(shù)R2=0.982 9，而圓形鄰域窗口下的平均起伏度與鄰域面積的擬合曲線為y=64.586 ln(x)-79.747，決定系數(shù)R2=0.986 4，擬合效果要比矩形鄰域的好一些。

一般依靠目視判斷來確定擬合曲線上由陡變緩的這一點(diǎn)，但目視判斷易受主觀因素的影響，所以本研究選用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的均值變點(diǎn)分析法來計(jì)算所擬合的曲線上由陡變緩的這一點(diǎn)，均值變點(diǎn)分析法對恰有1個變點(diǎn)的檢驗(yàn)最為有效，已被國內(nèi)學(xué)者用于計(jì)算地形起伏度最佳單元[12]。所謂的變點(diǎn)是指模型或輸出序列在某未知時刻起了突然變化，該時刻即為系統(tǒng)的變點(diǎn)，均值變點(diǎn)分析的目的是判斷和檢驗(yàn)變點(diǎn)的存在位置，并估計(jì)出變化的躍度[12]。

圖2　鄰域面積與平均地形起伏度對應(yīng)關(guān)系擬合

在使用均值變點(diǎn)分析法計(jì)算變點(diǎn)之前，先要對表1—2中的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行一些處理，以構(gòu)建一個樣本序列，在此以表1數(shù)據(jù)為例說明其計(jì)算過程：

(1) 利用公式(1)計(jì)算各個分析窗口下單位面積上的地勢大小序列T(單位地勢度)：

Ti=ti/si(i=2，3，4，…，35)

(1)

式中:Ti——分析窗口下的單位地勢度;ti——分析窗口下的平均起伏度;si——分析窗口的鄰域面積(m2);i——矩形鄰域的邊長(m)。

(2) 對序列T取對數(shù)ln(T),得序列X,X為{xi，i=1，2，3，…，34}。

(2)

(3)

(4)

表3　均值變點(diǎn)分析的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

利用統(tǒng)計(jì)軟件做出S與Si差值的變化曲線(圖3)。由圖3可看出矩形鄰域分析法在第11個點(diǎn)時S與Si的差值達(dá)到了最大，而圓形鄰域分析法在第7點(diǎn)時S與Si的差值最大，這一點(diǎn)就是所要求的點(diǎn)。

由此得出，基于90 m×90 m SRTM DEM數(shù)據(jù)的陜西省地形起伏度最佳計(jì)算單元大小為12×12和R=8兩個尺度。

3.4地形起伏度特征分析

附圖12為最佳計(jì)算單元(12×12和R=8)地形起伏度分級圖，從分級圖可清晰的看出陜西地區(qū)地形起伏的分布格局。

統(tǒng)計(jì)兩種鄰域計(jì)算方法得出的最佳尺度地形起伏度各種類型所對應(yīng)的像元數(shù)及面積百分比(如表4所示)。

圖3　S與Si差值的變化曲線

矩形鄰域和圓形鄰域的多尺度地形起伏度計(jì)算方法十分類似，只是鄰域范圍的設(shè)定方法有所不同，最佳尺度所對應(yīng)的面積相差0.355 487 km2。由附圖12可看出，平原、丘陵、山地的分界線清晰可見，陜西省地形起伏度以小、中起伏為主，微起伏次之；小起伏主要分布在陜北及銅川、咸陽及寶雞北部一帶，漢中、商洛及安康地區(qū)分布較少；中起伏主要分布在陜南地區(qū)、關(guān)中西南地區(qū)，在咸陽、延安地區(qū)和寶雞地區(qū)北部一帶均有分布，但較少；大起伏主要分布在陜南一帶。

從表4可看出，最佳尺度地形起伏度各種類型所占面積比例十分接近，只是最佳計(jì)算單元大小為12×12時，其平坦、微起伏及小起伏所占面積比例比R=8時大一些，而其他起伏所占面積比例小一些。小起伏山地和中起伏山地的總面積占研究區(qū)面積的2/3之余，平坦面積占研究區(qū)面積的1/10之余，而微起伏與大起伏山地所占比例相當(dāng)，面積比例都較小，極大起伏山地所占比例最小，在矩形鄰域下像元僅有83個，這說明研究區(qū)局部地形起伏度較大，主要以中、小起伏為主，總體上地形較平緩，多為平原、丘陵及小起伏山地。

表4　各級地形起伏度所對應(yīng)的像元數(shù)及面積百分比

4討論與結(jié)論

(1) 利用鄰域分析法提取不同矩形窗口和圓形窗口下的地形起伏度，并統(tǒng)計(jì)不同矩形窗口和圓形窗口下的每種地形起伏度類型所占面積比例，分析得出不同地形起伏度類型所占面積比例的變化各有不同。

(2) 對鄰域面積與平均地形起伏度進(jìn)行對數(shù)方程擬合，從擬合曲線(圖2)得知，擬合效果較好，且圓形鄰域面積與其平均起伏度的擬合效果要比矩形鄰域的好，這意味著圓形鄰域下地形起伏度劃分的結(jié)果較矩形鄰域更接近實(shí)際面積，但還需要進(jìn)一步研究。

(3) 運(yùn)用均值變點(diǎn)分析法確定了地形起伏度的最佳計(jì)算單元，該方法清晰直觀、易于分析，對只有1個突變點(diǎn)的檢驗(yàn)最有效，其結(jié)果也較為理想。通過此方法得到陜西地區(qū)按矩形鄰域窗口計(jì)算的地形起伏度最佳尺度為12×12(898 704 m2)；按圓形鄰域計(jì)算的地形起伏度最佳尺度為R=8(1 254 191.4 m2)，圓形鄰域有別于矩形鄰域。

(4) 利用最佳計(jì)算單元輸出陜西地形起伏度分級圖，通過統(tǒng)計(jì)分析，可知陜西地區(qū)以小起伏、中起伏為主，二者總面積占研究區(qū)面積的2/3之余，這說明地形起伏整體較平緩，多為平原、丘陵及小起伏山地。

[參考文獻(xiàn)]

[1]彭珂珊.水土流失是生態(tài)環(huán)境惡化的根源[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2001,12(2):25-31.

[2]中華人民共和國水利部.全國水土流失公告[R].北京:中華人民共和國水利部,2002.

[3]王占禮.中國土壤侵蝕影響因素及其危害分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2000,16(4):32-36.

[4]劉新華,楊勤科,湯國安.中國地形起伏度的提取及在水土流失定量評價中的應(yīng)用[J].水土保持通報(bào),2001,21(1):57-59.

[5]涂漢明,劉振東.中國地勢起伏度最佳統(tǒng)計(jì)單元的求證[J].湖北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1990,12(3):266-271.

[6]徐天獻(xiàn),王玉寬,傅斌.汶川地震重災(zāi)區(qū)土壤侵蝕敏感性評價[J].中國水土保持,2011(1):39-42.

[7]祁元,劉勇,楊正華,等.基于GIS的蘭州滑坡與泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性分析[J].冰川凍土,2012,34(1):96-104.

[8]馬曉微,楊勤科.基于GIS的中國潛在水土流失評價指標(biāo)研究[J].水土保持通報(bào),2001,21(2):41-44.

[9]閆滿存,李華梅,王光謙.廣東沿海陸地地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量定量評價研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2000,8(4):416-425.

[10]高守英,吳泉源,安國強(qiáng).基于GIS的龍口市泳汶河流域地貌形態(tài)定量分析[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2003,18(2):87-90.

[11]唐飛,陳曦,程維明,等.基于DEM的準(zhǔn)噶爾盆地及其西北山區(qū)地勢起伏度研究[J].干旱區(qū)地理,2006,29(3):388-392.

[12]王玲,呂新.基于DEM的新疆地勢起伏度分析[J].測繪科學(xué),2009,34(1):113-116.

[13]王巖,劉少峰.基于DEM的青海貴德地區(qū)地形起伏度的研究[J].地質(zhì)通報(bào),2008,27(12):2117-2121.

[14]曹偉超,陶和平,孔博,等.基于DEM數(shù)據(jù)分割的西南地區(qū)地貌形態(tài)自動識別研究[J].中國水土保持,2011(3):38-41.

[15]郎玲玲,程維明,朱啟疆,等.多尺度DEM提取地勢起伏度的對比分析:以福建低山丘陵區(qū)為例[J].地球信息科學(xué),2007,9(6):1-6.

[16]陳述彭,魯學(xué)軍,周成虎.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京:科學(xué)出版社,1999:15-75.

[17]中國科學(xué)院地理研究所.中國1∶1000000地貌圖制圖規(guī)范(試行)[M].北京:科學(xué)出版社,1987:33-34.

收稿日期：2015-10-26修回日期：2015-12-01

通訊作者：常慶瑞(1959—),男(漢族),陜西省子洲縣人,碩士,教授,博導(dǎo),主要從事資源環(huán)境與“3S”技術(shù)應(yīng)用研究。E-mail:changqr@nwsuaf.edu.cn。

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1000-288X(2016)03-0265-06

中圖分類號：P931, S157

A Study on Optimal Statistical Unit for Relief Amplitude of Land Surface in Shaanxi Province

CHEN Xuexiong1, ZHANG Xiaojun2, CHANG Qingrui3

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu,Shanxi030801,China; 2.CollegeofHorticulture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu,Shanxi030801,China;3.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstract：[Objective] To determine the optimal statistical unit, analyze the spatial distribution of topographical relief in Shaanxi Province in order to provide basic data for the classification of geomorphic types. [Methods] Based on the 90 m resolution SRTM(shuttle radar topography mission)， DEM (digital elevation model data), the relief amplitude of Shaanxi Province was extracted with neighborhood statistics analysis. We selected 34 rectangular neighborhood windows (2×2, 3×3,4×4,…,35×35) and 20 circular neighborhood windows(the radius ranged from 2 to 21 ), and calculated the ratio of relief amplitude at different rectangular windows and circular windows. The optimal calculation unit was calculated by using the mean change-point analysis method. Classification map of relief amplitude in Shaanxi Province was obtained, and the features of relief amplitude were analyzed. [Results] The ratios of different topographic relief types varied greatly. The optimal statistical unit at rectangular neighborhood was 12×12, with an area of 898 704 m2, while the optimal statistical unit at circular neighborhood was R=8, with an area of 1 254 191.4 m2, indicating that the circular neighborhood was different from the rectangular neighborhood. Generally, the terrain in Shaanxi Province was relatively flat, and the relief amplitude was mainly at small and medium level. [Conclusion] The mean change-point analysis is an ideal method to determine the optimal statistical unit.

Keywords:soil erosion; shuttle radar topography mission; digital elevation model; relief amplitude; best calculation unit; Shaanxi Province

資助項(xiàng)目：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)人才博士科研啟動項(xiàng)目“多尺度DEM提取地形起伏度的對比分析：以山西省為例”(2014YJ02); 國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2013AA102401-2)

第一作者：陳學(xué)兄(1986—),女(漢族),青海省樂都縣人,博士,講師,主要從事基于GIS的水土流失評價研究。E-mail:chenxx0505@126.com。