基于DEM的峰林峰丛地貌形态特征及空间格局研究

Fenglin and Fengcong is one of the most typical Karst landform in both terrain morphology and geomorphologic characteristic. Since the limitation of data resolutions and analysis methods, the formal studies only focus on the qualitative description of the individual object. Therefore, with the help of GIS and the coupling of terrain-geomorphology, qualification-quantitation, microscopy-macroscopy and representation-mechanism, there is an urgent for developing a scientific characteristic systems and analysis methods in terrain morphologic from individual- group- and region scale. Based on digital elevation models (DEM) with high spatial and temporal resolution, and terrain indicators and features derived by DEM, this research for Fengling and Fengcong is aimed at quantitative description and automatic identification of their terrain morphology, analytic method for their spatial variation and exploring their developmental mechanism. This research is an important attempt to study Karst landforms based on DEM. The proposed new model and new method of Fenglin and Fengcong is both an innovative practice of digital terrain analysis and a useful exploration for geomorphometry.

峰林峰丛是形态最典型、特征最突出的喀斯特地貌。但由于数据与方法的局限，以往的研究主要集中在对其形态的定性描述及个体细节的刻画，亟待基于现代地理信息技术，在地形与地貌、定性与定量、微观与宏观、表象与机理等综合分析的基础上，构建峰林峰丛地貌形态从个体—群体—区域定量描述与科学表达的指标体系与分析方法。本研究以典型实验样区高数据精度、多空间尺度、高采样密度数字高程模型（DEM）为基本信息源，综合运用特有的地形因子集、特征要素集对该类地貌形态进行定量描述、特征提取与系统分析，进而研究喀斯特峰林峰丛在地表三维空间的形态结构特征及空间分异格局，深化对喀斯特峰林峰丛地貌发育及演化规律的认识。本研究也是基于DEM数据进行喀斯特地貌研究的一次重要尝试，所提出的一套基于DEM的峰林峰丛地貌分析的新模式与新方法，既是DEM数字地形分析方法的创新实践，又是GIS空间分析方法在数字地貌研究中的有益探索。

峰林峰丛是形态特征最显著的喀斯特地貌类型，峰林峰丛的地表形态是喀斯特发育机理过程的独特映射，是喀斯特形成环境的客观体现。本课题系统分析了峰林峰丛的概念内涵；基于DEM数据，采用数字地形分析方法，实现峰林峰丛中独立峰林、连座峰林、峰丛、洼地的提取；从个体形态特征、群体组合特征和空间分布特征等多方面对峰林与峰丛进行对比分析与研究；深化对喀斯特峰林峰丛空间分异规律的认识。项目的主要成果如下：（1）系统阐述了喀斯特峰林峰丛的基本概念内涵、基本特征和类型划分。对峰林峰丛进行深入剖析，从形态特征、水文条件、结构关系、空间尺度、发育模式等角度对其进行了类型划分。（2）基于高精度DEM数据，设计了基于地形特征点、地形开度指数等的峰林峰丛提取方法，实现了典型喀斯特样区独立峰林、连座峰林、岛状峰丛、洼地等地形单元的提取。该方法解决了原有研究中峰林、峰丛、洼地边界模糊的问题，改善了提取的效果，为科学研究喀斯特峰林峰丛提供了重要参考。（3）构建了峰林峰丛形态特征定量分析评价指标，从个体形态特征和群体组合特征两个方面对研究样区的峰林峰丛形态特征进行定量分析评价。（4）探究了不同研究区峰林峰丛的空间聚集尺度和空间分异格局，结果表明峰林峰丛具有显著的区域差异性。峰林峰丛发育的越成熟，其空间聚集特征越显著性，峰林区域与峰丛洼地区域地貌空间分布差异性越明显。研究成果可望推动峰林峰丛地貌数字地形分析的进一步发展，为喀斯特地区的生态环境治理、区域可持续发展规划等提供参考。