青藏高原流域高程面积积分谱系研究

Catchment Hypsometric Integral is one of the most important parameters to portray the landform morphology of a certain catchment. Catchment Hypsometric Integral Spectrum Series (CHISS) is an organic combination of hypsometric integral curves and their attributives for a certain catchment and its terrain features. It is a kind of inheritance and development of hypsometric integral with clear physical and geomorphological meaning. The spatial variation of CHISS represents the spatial variation and combination of the landform types in the Tibetan Plateau. This research will construct a conceptual model of CHISS first, and then make a deep exploration of the classification system, scale effect, quantitative parameters and spatial variation characteristics of CHISS in the Tibetan Plateau by using various methods of qualitative and quantitative analysis, macro and micro scale analysis as well as appearance and mechanism investigation. On a basis of multi-scale digital elevation model data source, this research will adopt the methodology of digital terrain analysis, to comprehensive analysis hypsometric integral value and its curve morphology of the terrain feature characteristic of small catchment in the Tibetan Plateau. This research also will reveal the hypsometric integral combination characteristic of the typical landforms in the Tibetan Plateau, and further explain the regional difference of the landform morphology as well as explore the regulation of spatial variation of the Tibetan Plateau. With the entry point of catchment hypsometric integral Spectrum Series, this research should be a useful exploration of landform spatial variation of the Tibetan Plateau, and an innovative practice of DEM based digital terrain analysis.

流域高程面积积分是定量刻画流域地貌形态的重要指标。流域高程面积积分谱系是对前者的继承和拓展，综合考虑流域整体或部分特征要素，以物理、地貌意义明确的高程面积积分曲线以及属性序列，定量描述研究区域地貌形态与类型组合的空间格局。本课题在研究高程面积积分谱系的概念模型基础之上，以青藏高原为研究区域，以多尺度数字高程模型为数据源，采用数字地形分析技术，综合运用定性与定量、宏观与微观、表象与机理等多种分析方法，深入探讨研究区域积分谱系的分类体系、尺度效应、量化指标和空间序列特征，系统分析青藏高原小流域各地形特征要素高程面积积分值和曲线形态，以揭示青藏高原典型地貌的高程积分组合特征，厘清青藏高原地貌形态区域差异性，探索青藏高原的空间分异规律。以流域高程面积积分谱系为切入点研究青藏高原地貌形态格局，既是DEM数字地形分析方法的创新实践，又是地貌学理论与分析方法的有力探索。

本研究将地形因子作为刻画流域地貌形态的重要指标，以流域高程面积积分为切入点，阐释了高程面积积分谱系的概念和组成要素，在此基础之上，展开了面向流域高程积分谱系的流域划分和地形因子不确定的研究。传统的流向算法需要对洼地进行填洼，造成后续内流网络提取过程中产生大量的平行河网，无法用于内流流域的划分与提取。为了保证流域提取的准确性，引入了优先漫水的思想，设计了洼地流向示踪策略，提出了一种基于优先漫水示踪法的流域划分方法，并在青藏高原内流流域进行了实验。该方法不仅提高了运算效率，而且打破了传统方法只能用于外流区域的局限，为进一步分析流域的水文、地貌特征等奠定了基础。地形因子作为谱系结构中的重要组成部分，存在尺度效应。本研究以坡长因子为例，探讨了不同的算法、DEM分辨率和地形复杂度对坡长不确定的影响。在此基础之上，选取了夷平指数、山顶点高程标准差和山顶点密度等因子组合，对青藏高原的夷平特征进行了尝试性研究，证明了利用谱系思想进行数字地形分析的可行性。本研究以数字高程模型为数据源，借助谱系的思想，剖析青藏高原地貌形态特征及区域地貌差异性，寻求青藏高原地貌形态研究的一种新的突破，也是对数字地形分析技术的一种补充。该项目的下一步研究，可结合图形学、地貌学等领域的成果，形成适用于青藏高原的流域地形分析的系列理论与方法。