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坡度是进行水土流失研究的重要因子,但是存在坡度衰减现象,因而不能直接和有效地表现地形的起伏,也不能有效的提取与坡度有关的地貌和水文模型参数,进而影响了水文和土壤侵蚀模拟计算精度。因此如何确定坡度随DEM分辨率变化的规律,将有助于减少坡度衰减带来的负面影响,对提高DEM数据资源的有效利用具有重要意义。本文以黄土高原典型的黄土丘陵沟壑区——陕西省安塞县县南沟流域为研究区域,以大比例尺地形图为基础,插值生成多分辨率的DEM,并提取坡度与剖面曲率数据,分别在点、线和面层次上进行研究高程、坡度和剖面曲率随分辨率降低的变化量,变化格局及相互关系。主要的研究内容和成果如下:
(1)DEM的多尺度表达及其表达效果验证。为建立基于相同定位基础的多尺度DEM,以大比例尺地形图为数据基础,插值生成不同栅格大小的DEM,并使用直方图相似度的方法对生成的多分辨率DEM与不同比例尺地形图的原生DEM进行匹配,验证生成的多分辨率DEM的尺度有效性,作为尺度效应研究的基础。通过实验建立的多分辨率DEM可以作为坡度尺度效应研究的基础。
(2)坡度随分辨率变化的尺度效应分析。在高分辨率坡度上布设地形特征点、地形特征线,同时分析区域坡度的整体变化,认识理解坡度随分辨率变化规律。研究表明在点、线、面层次上在低坡度地区,坡度随分辨率降低变化不大,而在中高坡度上,坡度随分辨率降低成衰减趋势,且随坡度等级的提高,衰减趋势越明显。剖面曲率的衰减速度要快于坡度的衰减速度。
(3)随分辨率降低损失信息的统计及损失信息区域研究。研究表明随着分辨率的降低差异越大,损失的地形信息越多,损失的高程、坡度和曲率有增大的趋势。高程和坡度信息在梁峁损失不大,而在沟谷部分损失较大,剖面曲率在整个区域损失都较大。
(4)对高程、坡度和曲率进行地统计分析。结果表明,高程值的空间自相关性非常强烈,空间结构变异和随机变异都很大,且随分辨率降低的影响较小;坡度和剖面曲率空间自相关性也很大,但是空间结构变异和随机变异都不大,且随分辨率的降低而降低,说明坡度值和曲率值对地区结构变异影响能力在减弱。