湯國安，那嘉明，程維明

1. 南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室，江蘇 南京 210023； 2. 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023； 3. 江蘇省地理環(huán)境演化國家重點實驗培育建設(shè)點，江蘇 南京 210023； 4. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101

我國區(qū)域地貌數(shù)字地形分析研究進(jìn)展

湯國安1,2,3，那嘉明1,2,3，程維明4

1. 南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室，江蘇 南京 210023； 2. 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023； 3. 江蘇省地理環(huán)境演化國家重點實驗培育建設(shè)點，江蘇 南京 210023； 4. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101

區(qū)域地貌研究是區(qū)域地理研究不可分割的重要組成部分。傳統(tǒng)的基于DEM的數(shù)字地形分析方法，雖能較好提取各種地形定量因子，但由于分析算法的局限，很難實現(xiàn)對一個特定區(qū)域地貌的宏觀形態(tài)特征與成因機(jī)理進(jìn)行定量的分析。為此，近年來我國學(xué)者在該領(lǐng)域進(jìn)行了系統(tǒng)的探索與創(chuàng)新實踐，基于國家基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫多尺度、高精度的DEM數(shù)據(jù)，開展了基于DEM的區(qū)域地貌形態(tài)特征、地貌發(fā)育演化特征的研究。通過宏觀形態(tài)指標(biāo)分析法、地形特征要素分析法、地形信息圖譜分析法等一系列方法，實現(xiàn)了對區(qū)域的地貌形態(tài)特征提取與分類、分區(qū)制圖，取得了一批有重要國際影響的研究成果。在全國尺度以及黃土高原、青藏高原、西南喀斯特地區(qū)和月表月貌的區(qū)域數(shù)字地形分析方面，更彰顯出研究的特色和優(yōu)勢。

區(qū)域地貌；數(shù)字地形分析；研究綜述

地貌是最重要的自然地理要素，如何實現(xiàn)對一個區(qū)域的地貌形態(tài)特征進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)的描述與分析一直是地貌學(xué)研究的核心命題，也是專題地圖制圖研究的熱點。傳統(tǒng)的區(qū)域地貌分析方法，主要是以相應(yīng)比例尺地形圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過讀圖與地圖量算、統(tǒng)計的方法，獲取所需的區(qū)域地形數(shù)據(jù)。數(shù)字地形分析(digital terrain analysis，DTA)是在數(shù)字高程模型(digital elevation model，DEM)上進(jìn)行地形屬性計算和特征提取的數(shù)字地形信息處理技術(shù)。數(shù)字高程模型自20世紀(jì)50年代末提出以來，前人在數(shù)字地形分析領(lǐng)域作出了諸多的探索。特別是隨著計算機(jī)地圖制圖及GIS空間分析理論與方法的發(fā)展，其基本理論與技術(shù)方法日臻成熟，定量化分析、高效可視化制圖的優(yōu)勢促成地貌學(xué)的理論研究范式和分析方法的變革，出現(xiàn)了計量地貌學(xué)(Geomorphometry)這一新的學(xué)科分支。目前，基于DEM的地面坡度、坡向等坡面地形因子的自動計算，以及河流網(wǎng)絡(luò)及匯流區(qū)域的自動提取等數(shù)字地形分析方法已經(jīng)成為各種GIS平臺軟件的必備功能，在地學(xué)分析中發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。

然而，我們也應(yīng)當(dāng)注意到，由于地形信息的載體從地形圖等高線的線劃模擬型轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的高程點，雖然在提取諸如地面坡度、坡向、曲率等坡面地形特征因子上有顯著的優(yōu)勢，但是，其對某一個大區(qū)域宏觀地貌形態(tài)的分析能力上，即對區(qū)域地貌研究的理論與方法中，還有相當(dāng)多的缺失與亟待解決的問題。例如，如何構(gòu)建反映宏觀地形特征定量因子與指標(biāo)體系，并實現(xiàn)基于DEM的準(zhǔn)確、高效提??？如何基于高分地形數(shù)據(jù)進(jìn)行地貌的類型劃分與區(qū)域劃分？如何基于區(qū)域地貌形態(tài)挖掘與反演地貌的演化機(jī)理并實現(xiàn)對其發(fā)育過程的模擬？這些問題無疑是對地理信息科學(xué)與技術(shù)的重大研究命題與挑戰(zhàn)，DEM數(shù)字地形分析的研究方法也才能真正走出局限于微觀的“近視眼分析法”這一國際性難題，站在地學(xué)研究的前沿。

區(qū)域地貌學(xué)是對地表一定區(qū)域的地貌進(jìn)行整體性、系統(tǒng)性研究的地貌學(xué)分支，旨在從宏觀層面上對地貌對象的內(nèi)外營力、物質(zhì)基礎(chǔ)、演化歷史、空間結(jié)構(gòu)、人為作用的過程與機(jī)理進(jìn)行探索。其主要研究內(nèi)容包括區(qū)域地貌形態(tài)描述、地貌分類與區(qū)劃、地貌演變過程模擬、地貌制圖等方面。其中，形態(tài)描述是區(qū)域地貌乃至地貌研究的重要支撐點。在DEM廣泛應(yīng)用于地形分析之前，前人在區(qū)域地貌研究的定量化方面進(jìn)行了諸多卓有成效的探索與實踐[2]，但是，由于當(dāng)時難以獲得高精度、全區(qū)域的實際地形數(shù)據(jù)，也缺乏有效的處理海量信息的分析工具，研究工作受到相當(dāng)?shù)木窒?。隨著空間測量技術(shù)的進(jìn)步，全球或區(qū)域尺度的數(shù)字高程模型精度不斷提升，豐富了區(qū)域地貌學(xué)研究的數(shù)據(jù)與方法。

近20年來，隨著我國國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完成了覆蓋全國多種比例尺尺度的DEM，我國科學(xué)家率先在基于DEM的區(qū)域地貌理論與方法上進(jìn)行了深入探索，取得了一批有重要國際影響力的研究成果。本文擬對其進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)梳理，并分析其發(fā)展趨勢。

1 區(qū)域地貌數(shù)字地形分析數(shù)據(jù)源信息特征研究

DEM是數(shù)字地形分析的重要數(shù)據(jù)源，雖然DEM具有不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)、等高線(contour)等多種不同的數(shù)據(jù)模型形式，但規(guī)則格網(wǎng)(grid)DEM模型是最為常用的類型。21世紀(jì)以來，我國國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，重點完成了1∶100萬、1∶25萬、1∶5萬及1∶1萬4種不同比例尺尺度DEM的建設(shè)，其柵格格網(wǎng)分辨率分別為1 km、100 m、25 m和5 m，為開展區(qū)域地貌研究提供了重要的數(shù)據(jù)保障。文獻(xiàn)[3—12]對不同尺度DEM的誤差、不確定性及其區(qū)域差異和尺度轉(zhuǎn)換問題進(jìn)行了研究，并對其應(yīng)用適用性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析。

由于國家基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)可獲取性等因素的影響，不少學(xué)者注意到免費(fèi)公開的全球DEM數(shù)據(jù)在區(qū)域地貌研究可發(fā)揮重要的作用。目前，應(yīng)用較多的是美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)所發(fā)布1弧秒的SRTM數(shù)據(jù)、約30 m的Aster GDEM和30弧秒的GTOPO30數(shù)據(jù)。針對上述不同數(shù)據(jù)源，文獻(xiàn)[13—15]對其精度和應(yīng)用適應(yīng)性評價方面展開了研究，研究結(jié)果顯示，對于較大區(qū)域的宏觀地貌特征分析，以上數(shù)據(jù)大部分具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用適宜性。

格網(wǎng)DEM在建立過程中往往造成諸多地形特征要素的丟失與弱化，例如，黃土地貌最典型、最重要的地形特征要素即為溝間地與溝坡地的分界線——溝沿線，而從大比例尺地形圖數(shù)字化獲取的25 m分辨率，甚至相當(dāng)一部分5 m分辨率DEM，都很難正確地提取溝沿線，從而造成DEM地形描述的失真。因此，采用矢柵一體化數(shù)據(jù)模型，在現(xiàn)有國家基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫中的DEM基礎(chǔ)上，嵌入重要的點、線、面地形特征要素，構(gòu)建“特征嵌入式DEM”[16]，獲得了較大的成功，并得到廣泛的應(yīng)用。此外，正確水文關(guān)系DEM(HC-DEM)[1]、梯田DEM[17]等其他多種DEM的提出，在一定程度彌補(bǔ)了傳統(tǒng)格網(wǎng)DEM在地貌對象信息表達(dá)上的不足，為區(qū)域地貌研究奠定了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

高精度測量技術(shù)的出現(xiàn)，如無人機(jī)(UAV)攝影測量和激光雷達(dá)(LiDAR)，極大地提高了DEM建模時間和空間分辨率，極大地豐富了區(qū)域地貌研究的數(shù)據(jù)源。在地貌學(xué)研究中，利用高分辨率DEM可以進(jìn)行坡面或流域尺度的微地貌單元的自動劃分[18]，但受分析方法多為柵格窗口分析所限，其結(jié)果難以適應(yīng)以強(qiáng)調(diào)整體宏觀特征為特色的區(qū)域地貌研究需要。然而高分辨率DEM的精細(xì)表達(dá)與區(qū)域地貌的宏觀研究需求并不矛盾，高精度DEM所蘊(yùn)含的豐富微觀地貌信息，在一定理論與方法指導(dǎo)下，亦可反映出區(qū)域整體宏觀信息。因此，需要發(fā)展出一套微觀-宏觀耦合的區(qū)域地貌數(shù)字地形分析方法，從而滿足“既見樹木、又見森林”的研究需求。

2 區(qū)域地貌形態(tài)特征提取與分析方法研究

區(qū)域地貌形態(tài)特征的研究首先要強(qiáng)調(diào)定性與定量的協(xié)調(diào)。無定性分析為基礎(chǔ)的定量分析必將迷失研究的目標(biāo)與方向。在定性分析對研究工作的科學(xué)性進(jìn)行系統(tǒng)定位與把握的基礎(chǔ)上，制定一整套面向區(qū)域地形分析的地形指標(biāo)體系，并通過DEM數(shù)據(jù)和特有的空間分析方法實現(xiàn)對其有效提取，進(jìn)而通過地統(tǒng)計、可視化等方法，分析凝練這些地形要素在地理空間分布的規(guī)律與格局，進(jìn)而反演地貌演化的內(nèi)在的機(jī)理與過程，實現(xiàn)區(qū)域地貌分析的目標(biāo)。

2.1 區(qū)域地貌形態(tài)指標(biāo)分析法

有別于地面坡度、坡向、坡型、坡長、坡位等一系列反映坡面微觀形態(tài)特征的地形因子，面向區(qū)域地貌形態(tài)研究也有一系列定量描述指標(biāo)。筆者可以凝練為以下幾類：

2.1.1 地形統(tǒng)計指標(biāo)

以一定面積、固定形狀的樣區(qū)窗口為地域分析單元，基于基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)及相關(guān)的計算模型，而獲得其中某類地形要素的分布與變異特征的地形參數(shù)。如地形起伏度指標(biāo)，即是指在一個特定的區(qū)域內(nèi)，最高點海拔高度與最低點海拔高度的差值。它是描述一個區(qū)域地形特征的一個宏觀性的指標(biāo)。從地形起伏度的定義可以看出，求地形起伏度的值，首先要求出一定范圍內(nèi)海拔高度的最大值和最小值，然后，對其求差值即可。此外，地面粗糙度、地面高程變異系數(shù)等指標(biāo)，均為通過不同的算法所得到的反映區(qū)域地形起伏特征的宏觀地形指標(biāo)。在該研究領(lǐng)域，文獻(xiàn)[19—20]重點研究了地形起伏度分析窗口的大小，研究結(jié)果顯示，在我國不同的地貌類型區(qū)，適宜分析窗口有較大差異，而在全國尺度，使用SRTM數(shù)據(jù)時4.72 km2為最適宜分析窗口。區(qū)域地貌形態(tài)指標(biāo)在全國地貌類型劃分、地貌區(qū)劃等方面發(fā)揮重要的作用[21]。基于全國地形起伏度，文獻(xiàn)[22]制作了1∶670萬中國山地地形圖等重要的成果[22]。

2.1.2 地形分形指標(biāo)

文獻(xiàn)[23]早在1967年就從對英國海岸線的研究中發(fā)現(xiàn)了海岸線所具有的分形特征[23]。其實，海岸線的分形是地面的三維形態(tài)所具有分形特征的必然反映。不同學(xué)者基于DEM數(shù)據(jù)，研究了我國黃土地貌[24-26]、喀斯特地貌所具有的多尺度分形特征[27]。文獻(xiàn)[25，28]提出了元分維指數(shù)用以描述地形的起伏特征，并在黃土地貌取得了較好的效果，以上研究顯示了分形指標(biāo)在地形分析中可發(fā)揮重要作用。

2.2 區(qū)域地貌形態(tài)特征要素分析法

地形特征要素，是反映區(qū)域地形地貌形態(tài)的關(guān)鍵的點、線、面要素，能夠在相當(dāng)大程度上揭示了區(qū)域地形的基本格局與空間變化架構(gòu)。近年來，我國學(xué)者基于DEM數(shù)據(jù)對地形特征點、線、面等地形特征要素的自動提取與分析方面進(jìn)行了系列研究。

2.2.1 地形特征點分析法

地形特征點是指山頂點、鞍部點、徑流節(jié)點、溝頭點、河流裂點等對控制地形變化有重要作用的點位，對地形特征點群的分析，便于把握地形起伏變化的宏觀特征。山頂點和鞍部點共同構(gòu)成了正地形輪廓骨架信息，是描述地形結(jié)構(gòu)的重要特征點，目前提取方法主要分為基于地表幾何形態(tài)分析的[29-32]和基于水文分析方法的[33-35]兩類。文獻(xiàn)[36]對山地點進(jìn)行了系統(tǒng)分類，并提出其個體與群體的定量描述指標(biāo)[36]；文獻(xiàn)[37—43]還通過對黃土地貌中溝頭點、徑流節(jié)點的提取與分析，研究地貌的發(fā)育進(jìn)程及流域的水文特征；此外，也有學(xué)者開展了對冰川地貌地形特征點[44]、河流裂點[45]等提取與分析方面的研究。但是成果基于微觀層面，需進(jìn)一步從宏觀視角對區(qū)域地貌單元內(nèi)的整體空間結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行挖掘。地形特征點的空間關(guān)系及時空變化特征可以反映地貌發(fā)育演化的基本態(tài)勢[46]。山頂點、鞍部點、溝谷特征點通常具有相當(dāng)程度的空間關(guān)聯(lián)性[47-48]，即：這些特征點構(gòu)成了在空間上具有嚴(yán)密的組織結(jié)構(gòu)、密切的空間關(guān)系和完整的屬性描述的點集，稱為地形特征點簇[49-50]。地形特征點簇脫離了傳統(tǒng)單個點分析的微觀視角，從宏觀視角對區(qū)域地貌加以描述，在科學(xué)抽象的基礎(chǔ)上對區(qū)域地貌形態(tài)認(rèn)識產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。通過對地形特征點簇系統(tǒng)化分析、一體化儲存與表達(dá)，以實現(xiàn)從區(qū)域視角對溝谷空間格局進(jìn)行剖析的目標(biāo)[51]。

2.2.2 地形特征線分析法

地形特征線是指對地貌形態(tài)及空間變化有重要意義的線，如山脊線、徑流網(wǎng)絡(luò)線、坡面坡度突變線等。區(qū)域地貌研究中，往往通過對區(qū)域地貌形態(tài)有重要標(biāo)定意義的地形特征線的提取與分析，或者通過對一個區(qū)域內(nèi)地形特征線的數(shù)量統(tǒng)計，研究區(qū)域地貌形態(tài)在空間變化的格局特征。文獻(xiàn)[52—53]完成了基于DEM研究我國地形三大階梯的劃分。文獻(xiàn)[54]通過實測水深數(shù)據(jù)構(gòu)建南海海底三維地形模型，分析了1947年南海斷續(xù)線所在位置的南海地形特征。文獻(xiàn)[55]通過對黃土高原地區(qū)地面溝沿線的系統(tǒng)提取，首次完成了黃土高原地區(qū)地面正負(fù)地形比的等值線地圖繪制。文獻(xiàn)[56]基于5 m格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，計算了黃土高原地區(qū)的溝壑密度與切割深度。以上研究都在很大程度上顯示了地形特征線分析法在區(qū)域地貌分析中的意義與作用。

2.2.3 地形特征面分析法

地形特征面亦是指對區(qū)域地形特征具有控制性的面。例如，侵蝕基準(zhǔn)面、地形夷平面等。

文獻(xiàn)[57—58]基于DEM數(shù)據(jù)及山頂點群的海拔高度分析，對我國青藏高原夷平面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究；研究發(fā)現(xiàn)，我國的青藏高原具有多級、多層次的地形夷平面，顯示青藏高原地形隆升與侵蝕夷平的內(nèi)在關(guān)系；文獻(xiàn)[59]通過對山頂點群的綜合分析，提出了“地面夷平指數(shù)”，作為衡量地面夷平特征的主要參數(shù)；文獻(xiàn)[60]基于DEM數(shù)據(jù)研究了青藏地區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面及其對地貌發(fā)育的影響。以上研究為研究青藏高原夷平面問題提供了有力定量化分析方法支持。文獻(xiàn)[55]在基于DEM對黃土溝沿線自動提取基礎(chǔ)上，研究了黃土地貌溝間地(正地形)和溝谷地(負(fù)地形)所形成的二元地形結(jié)構(gòu)及在整個黃土高原的空間分異特征，對其形態(tài)級別、展布形式、發(fā)育趨勢的區(qū)域差異性進(jìn)行了深入的研究[55]，所完成的黃土高原重點流失區(qū)地面割裂度制圖，對揭示黃土高原地面受溝蝕的程度具有重要的意義。

2.3 地形信息圖譜分析法

2000年，陳述彭院士提出地學(xué)信息圖譜的科學(xué)構(gòu)想。地學(xué)信息圖譜主要運(yùn)用圖形語言進(jìn)行時間與空間的綜合表達(dá)與分析，應(yīng)用地學(xué)分析的系列多維圖解來描述現(xiàn)狀，并通過建立時空模型來重建過去和虛擬未來[61]。近年來，在數(shù)字地形分析研究領(lǐng)域，也通過在黃土高原等地的實踐，提出了地形信息圖譜的研究方法，即通過系列化的分析方法，發(fā)掘不同研究區(qū)域地貌演化進(jìn)程中的個性與共性、相似性與異質(zhì)性，探究演化序列整體與局部、微觀和宏觀過程以及表象與機(jī)理之間的聯(lián)系，厘清演化序列“形、數(shù)、理”的全局關(guān)系，最終揭示地貌演化發(fā)育進(jìn)程的主要矛盾與次要矛盾、核心要素與輔助要素、驅(qū)動因子與隨動因子、外在表象與內(nèi)在機(jī)理等多方面的科學(xué)問題，實現(xiàn)對地貌發(fā)育演化系統(tǒng)全面的認(rèn)識和科學(xué)合理的表達(dá)，最終構(gòu)建“地貌演化圖譜庫”，實現(xiàn)對地貌及演化特征的深入、系統(tǒng)且新穎、全面的知識發(fā)現(xiàn)[62]。

2.3.1 地面坡譜分析法

坡度在數(shù)學(xué)上被定義為曲面中某一個微分元切面的傾角，在GIS中也是基于相鄰3×3柵格的高程點，通過一定的數(shù)學(xué)模型獲得該柵格近似的地面坡度，是一個絕對的微觀地形因子。但是，文獻(xiàn)[63]的研究發(fā)現(xiàn)，在黃土高原地區(qū)，不同的黃土地貌具有一定的坡度統(tǒng)計頻譜曲線——坡譜。坡譜在一個特定統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)(如流域)，以地面坡度因子大小為自變量，以其所對應(yīng)的地面面積占統(tǒng)計區(qū)域總面積為因變量構(gòu)成的統(tǒng)計圖表或模型[64]。坡譜與不同層次的地貌形態(tài)具有較強(qiáng)的耦合性，能夠反映該區(qū)域地貌的發(fā)育特征。隨后，文獻(xiàn)[65—70]對坡譜分析法在不同地貌中應(yīng)用和適用條件進(jìn)行了研究[65-70]，在黃土地貌的分類與制圖等方面取得了系列研究成果[64,71]。

2.3.2 邊界剖面譜分析法

地形剖面圖一直是描述區(qū)域地貌特征的有效方法。文獻(xiàn)[72]以DEM數(shù)據(jù)與多要素地理數(shù)據(jù)的疊置分析為基本分析方法，構(gòu)建了中國陸地邊界地形剖面譜[72]。以地形為基本背景，展示了地貌類型、氣候、水文、土壤、植被等自然地理要素，以及行政區(qū)劃、民族分布等人文要素在地形剖面上的空間分布特征。其集多地理要素于一體的圖譜化表達(dá)，展示了很好的效果。為研究線狀地理要素空間分異規(guī)律及與其他要素相互關(guān)系和作用機(jī)理提供了新的切入點。此外，文獻(xiàn)[74—75]針對黃土地貌又相繼提出了流域邊界剖面譜[73]和面積高程積分譜，分別從不同側(cè)面揭示了黃土地貌的形態(tài)特征與發(fā)育機(jī)理，彰顯出地形因子頻譜分析方法在宏觀地貌形態(tài)及空間格局分析上的優(yōu)勢。

2.3.3 地形紋理分析法

紋理是一種普遍存在的反映圖像同質(zhì)現(xiàn)象的視覺特征，包含了物體表面結(jié)構(gòu)組織排列的重要信息及其與周圍環(huán)境的聯(lián)系，體現(xiàn)了物體表面共有的內(nèi)在屬性。地形紋理是在一定空間尺度上的結(jié)構(gòu)性相似、近周期性重復(fù)變化特征，作為一種重要的自然紋理，在一定尺度表現(xiàn)出同類地貌形態(tài)的相似性和不同地貌形態(tài)的差異性[76]，可服務(wù)于區(qū)域地貌分類分區(qū)與制圖。學(xué)者對地形紋理的提取方法[76-78]，及其穩(wěn)定分析尺度做出了探討[79]。地形紋理具有宏觀整體和微觀局部的層次結(jié)構(gòu)特征，基于這種層次結(jié)構(gòu)模式，可以實現(xiàn)宏觀地貌特征的自動提取和地貌類型的識別，反演地貌基本形態(tài)及其發(fā)育演化的基本動力機(jī)制，深層次揭示地貌發(fā)育的空間分異特征。不同地貌類型區(qū)所具有的特有地形紋理圖譜，豐富了地形信息圖譜分析方法的內(nèi)涵。

3 區(qū)域地貌發(fā)育與演化模擬研究

區(qū)域地貌發(fā)育、演化研究對于了解地球環(huán)境變化歷史、預(yù)測未來全球變化方向和趨勢具有重要意義，一直以來都是地學(xué)研究中的一個重要方面。但由于地貌是一個非線性動態(tài)系統(tǒng)，單一數(shù)理模型難以對地貌演化過程中的自組織性、突顯性、自相似性、多尺度性及時空耦合性進(jìn)行模擬[80]。雖然部分學(xué)者分別采用元胞自動機(jī)[81-84]、環(huán)境考古[85-87]等方法實現(xiàn)了對較小區(qū)域的地形地貌的發(fā)育演化模擬，并取得了很好的模擬結(jié)果，但對于面向宏觀的區(qū)域地貌發(fā)育研究，還需要充分考慮區(qū)域地貌發(fā)育的成因機(jī)理特征，才能得以有效深入。其中學(xué)者采用面積高程積分、地貌空代時以及黃土地貌繼承性等研究方法，在此領(lǐng)域進(jìn)行了許多有益的探索。

3.1 基于面積高程積分的地貌發(fā)育進(jìn)程研究

面積高程積分是研究流域水平斷面面積與其高程關(guān)系的定量指標(biāo)[88]，早在19世紀(jì)晚期已初步應(yīng)用于對地球表面特征與形狀的刻畫與理解。文獻(xiàn)[89]在1952年首先利用該指標(biāo)實現(xiàn)了對Davis地貌發(fā)育模式的定量化表達(dá)。此后，國外不少學(xué)者分別開展了巖性和構(gòu)造對高程積分的影響[90-91]等方面研究。2013年，祝士杰等在明確面積高程積分基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上，提出了流域面積高程積分譜系的概念模型，并構(gòu)建了流域面積高程積分譜系的指標(biāo)體系?；谌駾EM數(shù)據(jù)，對整個黃土高原重點流失區(qū)面積大于10 km2的小流域進(jìn)行了面積高程積分各譜系因子的遍歷計算，發(fā)現(xiàn)各因子在黃土高原地理空間上呈現(xiàn)有序分布；目前黃土高原重點水土流失區(qū)中的大部分小流域雖尚處于地貌發(fā)育過程的壯年期，但仍在東西向及南北向呈現(xiàn)出發(fā)育進(jìn)程上的空間差異性[74]。

3.2 地貌繼承性研究

地貌繼承性是指地貌在發(fā)生、發(fā)育、發(fā)展進(jìn)程中，不同時期地貌特征的承襲關(guān)系，表現(xiàn)為后一階段地貌形態(tài)的形成對前一階段地貌形態(tài)特征的依賴、承襲關(guān)系[92]。文獻(xiàn)[93]指出地貌不是簡單地作為反映過去過程的一面鏡子，而是一個影響現(xiàn)代侵蝕過程和控制將來地貌的動力因素[93]。不同學(xué)者從地貌的本身特征出發(fā)，在充分認(rèn)知并挖掘地貌特征的內(nèi)涵基礎(chǔ)上，對地貌繼承性與地貌特征、地貌演化的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了探討[94-103]。文獻(xiàn)[104]以黃土地貌為例，采用DEM數(shù)字地形分析方法，對黃土地貌下伏古地形進(jìn)行了重建[104]。隨后以地質(zhì)圖和DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建地表-地下二元結(jié)構(gòu)的地形模型，重建了宏觀尺度黃土古地形，發(fā)現(xiàn)黃土地貌顯著地繼承于下伏古地形。黃土地貌繼承性特征表現(xiàn)出宏觀整體控制式、中觀漸進(jìn)過渡式以及微觀局部條件式規(guī)律。黃土的堆積過程在整體上存在顯著的迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡差異性，使得現(xiàn)今地形表面與古地形表面上存在系統(tǒng)性的錯移。該成果對黃土地貌的成因與發(fā)育特征的研究具有極為重要的意義。

3.3 地貌發(fā)育演化的“空代時”方法研究

對地貌過程演化規(guī)律的研究通常分為基于地質(zhì)調(diào)查資料的[105-107]、基于物理過程的[108-113]、基于多期地形及影像的[114-116]和基于物理模擬實驗的[117-120]。值得注意的是，地貌的發(fā)育在特定的條件下往往在空間分布上呈現(xiàn)由“新”至“老”的連續(xù)過渡。這在相當(dāng)程度上也可視為該地區(qū)的地貌發(fā)育進(jìn)程的時間序列再現(xiàn)。因此，如果遵循一定的規(guī)律，對地貌類型及其特征進(jìn)行空間上的序列采樣，即可為研究某種地貌的個體發(fā)育進(jìn)程提供基本依據(jù)。該方法即為地貌學(xué)研究中的空間代替時間(space-for-time substitution)理論，簡稱空代時。前人利用空代時理論就構(gòu)造地貌[121-122]、河流地貌和河口海岸地貌[123-125]等方面開展了大量的工作，得到了許多定性描述的概念模型。然而受數(shù)據(jù)條件和地貌復(fù)雜性限制，難以實現(xiàn)定量化，仍普遍缺乏模型的評價過程。因此，如何在空代時方法中嵌入基于樣本數(shù)據(jù)的經(jīng)驗統(tǒng)計模型和基于物理過程的系統(tǒng)動力學(xué)模型成為亟待解決的問題。文獻(xiàn)[126]在系統(tǒng)梳理前人研究工作基礎(chǔ)上，對地貌學(xué)空代時方法的適用條件、影響因素、基本類型及研究范式進(jìn)行了總結(jié)，指出隨著研究的進(jìn)一步深入，地貌學(xué)空代時方法應(yīng)通過與遙感圖像處理、數(shù)字地形分析和地學(xué)信息圖譜等研究方法相結(jié)合，有望更加深入地理解地貌發(fā)育演化的過程與機(jī)理。

4 地貌分類、分區(qū)與制圖

4.1 地貌分類與制圖

地貌分類是建立在人們對區(qū)域地貌認(rèn)知的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。早期的地貌學(xué)家通過野外考察，結(jié)合地形圖量算，獲取定量化的地貌信息，并基于一定的分類原則和體系，進(jìn)行地貌的分類和制圖。國外學(xué)者在地貌分類制圖方面的研究多集中在全球尺度，而國內(nèi)學(xué)者多注重區(qū)域尺度。在有關(guān)地貌類型劃分原則問題上，長期存在成因分類和形態(tài)分類之爭。學(xué)界大多基于形態(tài)和成因制定了地貌分類體系方案，例如中國及其毗鄰地區(qū)地貌圖(1∶400萬)[127]，中華人民共和國1∶100萬地貌圖[128]等。文獻(xiàn)[129]建立了形態(tài)與成因相結(jié)合、類型與結(jié)構(gòu)相統(tǒng)一的多尺度地貌類型分類體系和具有等級系統(tǒng)的地貌類型編碼體系。該分類體系以地貌基本類型為基礎(chǔ)，以地形度量、外營力及物質(zhì)組成為主要劃分依據(jù)，首次構(gòu)建了形態(tài)和成因相結(jié)合、類型與結(jié)構(gòu)相統(tǒng)一、包含三等九級十一層共2000多種類型的中國陸地多尺度地貌分類系統(tǒng)，形成了由面狀圖斑反映形態(tài)成因類型和由點、線、面狀圖斑共同反映形態(tài)結(jié)構(gòu)類型的地貌數(shù)據(jù)組織體系，建立了具有等級系統(tǒng)理論的地貌類型編碼系統(tǒng)，解決了地貌類型劃分指標(biāo)與比例尺相統(tǒng)一的科學(xué)難題。在地質(zhì)、老地貌圖、多尺度DEM等數(shù)據(jù)的支持下，應(yīng)用基于遙感影像等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字地貌綜合解析的技術(shù)和方法，完成了全國74幅百萬標(biāo)準(zhǔn)分幅地貌類型的遙感解譯，構(gòu)建了中國第一個百萬數(shù)字地貌數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，編制出版了《中華人民共和國地貌圖集(1∶100萬)》，取得了重大研究成果[130]。

除上述綜合性、區(qū)域性地貌研究外，一些特殊的地貌研究也有較大的發(fā)展，如中國常見的巖石地貌，包括沙漠地貌、石灰?guī)r地貌、紅色砂礫巖地貌(丹霞地貌)、石英巖地貌、頁巖地貌、花崗巖地貌、玄武巖地貌、黃土地貌及紅土地貌等等。大批專業(yè)圖件和圖集相繼出版，如1∶40萬騰格里沙漠地貌圖[131]、1∶35萬庫姆塔格沙漠圖[132]；中國黃土地貌圖集[133]，中國西部地區(qū)典型地貌圖集[134]等等。這些成果的相繼出版反映了我國區(qū)域地貌學(xué)在深度和廣度上不斷發(fā)展，海量的DEM數(shù)據(jù)及數(shù)字地形分析方法在其中發(fā)揮了重要的作用。

就地貌自動分類方法研究而言，隨著地貌分類制圖對于地貌信息獲取精度要求不斷提高，傳統(tǒng)基于野外調(diào)查和地形圖解譯的區(qū)域地貌信息獲取方法已經(jīng)難以滿足當(dāng)前地貌分類的實際應(yīng)用需求。DEM所蘊(yùn)含的豐富地貌信息能夠大幅提高地貌形態(tài)類型制圖的效率。利用數(shù)字地形分析技術(shù)提取得到的地形因子，能夠輔助進(jìn)行地貌的自動或半自動分類。其中坡度、地形起伏度、平均高程、曲率等地形因子是應(yīng)用較為頻繁的地貌分類輔助因子[135-141]。隨著高分辨率遙感影像和DEM的出現(xiàn)，利用面向?qū)ο笥跋穹治黾夹g(shù)(object-based image analysis,OBIA)結(jié)合數(shù)字地形分析進(jìn)行地貌分類的研究愈加深入[142-143]，較之傳統(tǒng)基于像元的分類方法，OBIA在分類效率和精度上有顯著提高。同時，隨機(jī)森林等機(jī)器學(xué)習(xí)方法的應(yīng)用進(jìn)一步提高了地貌分類研究的精度[144]。但由于諸如內(nèi)外營力、物質(zhì)組成等無法通過DEM數(shù)字地形分析直接獲取，基于數(shù)字地形分析的地貌分類研究大多針對形態(tài)類型的分類，現(xiàn)階段針對成因類型的地貌自動分類依然比較困難，雖有學(xué)者做出了一定的探索[145]，但仍需專家經(jīng)驗知識的干預(yù)。因此，如何利用數(shù)字地形分析方法實現(xiàn)針對成因類型的地貌分類將是區(qū)域地貌分類研究的重要攻關(guān)點。

4.2 地貌區(qū)劃與制圖

地貌的區(qū)域劃分與類型劃分在目的及原理上有著顯著差異。地貌區(qū)劃是根據(jù)各地區(qū)地貌特征的差異性對不同區(qū)域進(jìn)行劃分的研究工作，在區(qū)域地貌研究中具有十分重要的地位[146]。我國地貌區(qū)劃工作目前開展近70年，早期地貌區(qū)劃一般以地形為主要依據(jù)，最初將我國分為19個自然區(qū)[147]，此后，又曾把全國分為21個地形區(qū)，也曾將全國為19個地形區(qū)。文獻(xiàn)[148]在中國地形區(qū)劃草案的工作中提出了區(qū)劃的原則。其后，根據(jù)“1∶400萬中國地貌類型圖”完成了《中國地貌區(qū)劃〈初稿〉》，其中“1∶1500萬中國地貌區(qū)劃圖”的研究成果是我國首個系統(tǒng)的地貌區(qū)劃，不僅提出了地貌區(qū)劃的原則和依據(jù)，而且對各個地貌區(qū)的劃分依據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)論述。中國20世紀(jì)50年代由中國科學(xué)院自然區(qū)劃工作委員會完成的地貌區(qū)劃(初稿)，是中國第一部覆蓋全部陸域系統(tǒng)的區(qū)劃，釆用成因原則將全國陸域劃分出18個一級區(qū)(大區(qū))，44個二級區(qū)(地區(qū))，114個三級區(qū)(地貌省)。應(yīng)“地理國情普查”國家專項任務(wù)的需求，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所正在聯(lián)合國內(nèi)多家科研院校，開展全國1∶25萬尺度的五級地貌分區(qū)的研究工作，該項成果將對中國的地貌分區(qū)劃分提供最詳細(xì)的區(qū)劃方案。同時，中國生態(tài)地理區(qū)劃、中國沙漠戈壁生態(tài)地理區(qū)劃、中國戈壁綜合自然區(qū)劃等均是地貌區(qū)劃的最新成果，在地貌分級體系、指標(biāo)體系、分級特征上有嚴(yán)格界定，制圖新技術(shù)廣泛應(yīng)用，標(biāo)志著中國地貌區(qū)劃已日趨完善，區(qū)劃分支學(xué)科不斷涌現(xiàn)的局面己經(jīng)出現(xiàn)。

傳統(tǒng)地貌區(qū)劃已有大量有價值的研究成果，但是數(shù)據(jù)資料、技術(shù)手段限制了研究工作的發(fā)展。數(shù)字地形分析理論與方法[149-151]為地貌區(qū)劃研究提供了新的有效途徑，文獻(xiàn)[152]在已有中國地貌區(qū)劃方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國地貌類型、中國地形DEM以及中國自然地理圖集等資料，提出了基于數(shù)字地形分析的中國地貌區(qū)劃系統(tǒng)?；跀?shù)字地形分析方法、面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的地貌區(qū)劃工作也取得了一系列研究成果，如公路地貌區(qū)劃研究[153,154]、自然與地質(zhì)災(zāi)害地貌區(qū)劃研究[155-156]。

縱觀前人研究，地貌區(qū)劃作為一種重要的地理邊界(geographic boundary)劃分問題，前人雖進(jìn)行了的大量工作，但是區(qū)劃原則、方法和等級單位系統(tǒng)問題的不統(tǒng)一導(dǎo)致了數(shù)字地形分析在地貌區(qū)域研究中的應(yīng)用有待進(jìn)一步深入探索。而該問題的本質(zhì)就是邊界模型(boundary modeling)問題尚未解決。在充分考慮地理現(xiàn)象、過程和機(jī)理的基礎(chǔ)上，將地理區(qū)劃思想進(jìn)行規(guī)則化、模型化總結(jié)，結(jié)合定性定量方法，構(gòu)建面向地貌區(qū)劃的地理邊界模型，成為地理信息科學(xué)和地貌學(xué)領(lǐng)域的迫切任務(wù)，而這一工作離不開數(shù)字地形分析理論與方法的支撐。

4.3 區(qū)域地貌專題制圖

4.3.1 區(qū)域土壤侵蝕地形因子制圖

為了滿足大區(qū)域土壤侵蝕評價(黃土高原和全國)對地形屬性指標(biāo)的需要，文獻(xiàn)[157—160]在分析了替代指標(biāo)——地形起伏度的可行性后，探討了適用于土壤侵蝕預(yù)報的坡長提取方法。2010年利用1∶25萬地形圖建立50 m分辨率DEM，編制了陜西省坡度圖和土壤侵蝕圖等。在此基礎(chǔ)上，基于SRTM數(shù)據(jù)編制了全國土壤侵蝕因子系列圖(高程、坡度、坡長、坡度坡長因子、地形起伏度等)，于2014年被收集在《中國土壤侵蝕地圖集》[161]。2012年到2015年，在全國水利普查水土保持狀況普查項目中，利用覆蓋全國的1∶5萬地形圖，建立25 m分辨率DEM，提取坡度、坡長、坡向，計算坡度因子、坡長因子、坡度坡長因子等，完成了全國、各大流域和各省區(qū)土壤侵蝕地形屬性指標(biāo)專題系列圖，并對其進(jìn)行了比較系統(tǒng)的分析[162]。

4.3.2 數(shù)字山地研究與制圖

近年，中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所數(shù)字山地與遙感應(yīng)用中心圍繞中國山地的數(shù)字化分析與應(yīng)用，開展了系列研究。首先，針對DEM數(shù)據(jù)不確定性，在典型山區(qū)開展常用DEM的精度評估與對比[163]，為山區(qū)高程數(shù)據(jù)的選用及誤差修正提供參考；進(jìn)而，圍繞地形分析的尺度效應(yīng)，探討山地起伏度最佳統(tǒng)計單元及其地形自適應(yīng)的改進(jìn)方法[164-165]，并使用地形自適應(yīng)滑動窗口，制備精度更高、細(xì)節(jié)清晰的山地起伏度數(shù)據(jù)；在此基礎(chǔ)上，開展山地空間范圍定量界定分析[166-167]，構(gòu)建、驗證山地定量界定標(biāo)準(zhǔn)，精確求得我國山地平面投影面積與表面積[168]，研究結(jié)論在山地認(rèn)知和生態(tài)系統(tǒng)固碳估算中有著重要應(yīng)用價值。近期，該團(tuán)隊編制并出版我國首幅豎版大全開《中國數(shù)字山地圖》[169]，填補(bǔ)了我國山地專題地圖公開出版物的空缺[170]，制圖過程集成并實踐上述數(shù)字地形分析方法，由定量到定性，達(dá)到歸納山地基本屬性的預(yù)期，為進(jìn)一步挖掘DEM的山地屬性內(nèi)涵、開展山地數(shù)字地貌分析作了鋪墊。2015年，國際數(shù)字地球?qū)W會中國國家委員會數(shù)字山地專業(yè)委員會成立，并開展了多次活動，對推進(jìn)我國數(shù)字山地的研究具有重要意義。

5 典型區(qū)域數(shù)字地形分析研究進(jìn)展

5.1 黃土高原

黃土高原被譽(yù)為全球最具有地學(xué)研究價值的地理區(qū)域之一。黃土地貌形態(tài)及空間分異規(guī)律的研究對于解釋物質(zhì)、能量在塑造地表形態(tài)中的作用，揭示黃土地貌內(nèi)在的發(fā)育過程機(jī)理，指導(dǎo)黃土高原生態(tài)修復(fù)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展工作，都具有重要的理論意義與應(yīng)用價值。近幾十年來，我國學(xué)者已在黃土高原的研究上取得重要的進(jìn)展，特別在黃土的成因[92,171-172]、黃土高原古地理環(huán)境[173-177]、黃土微觀物質(zhì)特性[171,178-179]、黃土土壤學(xué)特征以及黃土的侵蝕特征[180-182]等方面取得一系列的突出成果。在厘清黃土地貌發(fā)育過程與機(jī)理的基礎(chǔ)上，前人針對黃土地貌的區(qū)域差異性提出了黃土地貌的分類系統(tǒng)[183]。隨著數(shù)字地形分析的不斷發(fā)展，數(shù)字地形分析為黃土高原研究揭開了嶄新的一頁。學(xué)者針對黃土高原地形特征要素提取[184-187]、區(qū)域水土流失[188]、水文過程模擬[189-190]、地貌景觀格局[191]、地形信息圖譜[192]、地貌演化過程模擬[193]、古地形復(fù)原[104]等做出了大量的研究，取得了令人矚目的成果。2010年國家基金委以國家自然科學(xué)基金重點項目支持了“基于DEM的黃土高原地貌形態(tài)空間格局研究”。該項目以DEM數(shù)字地形分析為主要技術(shù)手段，從宏觀格局分析方法出發(fā)，對黃土高原地形結(jié)構(gòu)特征、空間分異、形成機(jī)理展開了系列研究，在黃土高原數(shù)字地形分析方法上取得了突破與創(chuàng)新。

5.2 青藏高原

青藏高原作為“世界屋脊”，在經(jīng)歷了地質(zhì)歷史時期特別是晚新生新構(gòu)造運(yùn)動的內(nèi)力和剝蝕、堆積、夷平等外力的共同作用和影響下，形成了豐富多樣的地貌形態(tài)，是全球最有科學(xué)價值的地理區(qū)域之一，一直以來受到了國際地學(xué)界的密切關(guān)注和青睞。前人對青藏高原的隆升時間與證據(jù)、隆升與環(huán)境要素的關(guān)系、第四紀(jì)冰川分布及其環(huán)境變化、冰川侵蝕地貌等方面都取得了突破性的研究成果。在冰緣地貌制圖方面，崔之久等先后編制了《中國冰緣地貌圖》《青藏高原冰緣地貌圖》(1∶1000萬)[194]；在地表形態(tài)特征方面，學(xué)者應(yīng)用DEM數(shù)字地形分析技術(shù)，對青藏高原的地形起伏特征[195-199]及夷平特征[60]進(jìn)行了研究。青藏高原地形形態(tài)方面的研究局限在諸如地形起伏度、地表切割深度等因子，多有關(guān)注隆升等地質(zhì)構(gòu)造過程的研究，較少有從地表形態(tài)差異的角度分析青藏高原外在結(jié)構(gòu)；多有區(qū)域研究的方法，較少有從流域角度全面分析青藏高原地形形態(tài)的空間分布與格局特征。

5.3 西南喀斯特地區(qū)

我國喀斯特地貌面積巨大、分布范圍廣泛、地貌類型多樣，而峰林峰叢作為喀斯特地貌發(fā)育到一定階段形成的特殊形貌形態(tài)[200]，其喀斯特作用強(qiáng)烈、水文地質(zhì)條件復(fù)雜。成片分布的峰林峰叢所具有的垂直陡立自然幾何形態(tài)給其數(shù)學(xué)表達(dá)、水文過程模擬和空間特征分異研究帶來一定的挑戰(zhàn)。前人通過地質(zhì)調(diào)查資料、地形圖及影像分析了峰林峰叢的空間分布格局和相互作用關(guān)系[201-204]，并基于統(tǒng)計方法提出了一系列的形態(tài)特征定量描述指標(biāo)[205]。此外，喀斯特峰林峰叢所具有的強(qiáng)烈空間自相似特征，使得分形理論方法在其研究中得到了廣泛的應(yīng)用。我國學(xué)者利用數(shù)字地形分析方法，對喀斯特地貌水文結(jié)構(gòu)[206-209]、空間分布模式[210-211]、等高線結(jié)構(gòu)[212]、發(fā)育過程[213]中的分形特征進(jìn)行了分析。在地貌對象識別方面，利用數(shù)字地形分析技術(shù)實現(xiàn)了喀斯特區(qū)域地貌形態(tài)類型的自動劃分與識別。然而目前研究成果多聚焦于特定尺度下的喀斯特地貌個體特征表達(dá)，難以反映峰林峰叢整體組合嵌套、層次關(guān)聯(lián)的宏觀特征。如何有效應(yīng)用數(shù)字地形分析在區(qū)域地貌研究中的成功經(jīng)驗，實現(xiàn)對喀斯特區(qū)域形態(tài)特征分異、地貌景觀格局、整體發(fā)育態(tài)勢的系統(tǒng)性、全局性描述與分析成為亟待解決的科學(xué)問題。

5.4 月表地貌數(shù)字地形分析

月球作為距地球最近的天體，長期以來備受世人關(guān)注[214]。月表地貌(lunar geomorphology)受月球內(nèi)外營力作用，呈現(xiàn)出顯著的空間分異[215]，對月貌地形特征的研究對揭示月球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及演化歷史有著十分重要的科學(xué)意義[216]。近幾十年來，各種月球探測器的成功發(fā)射(如日本“月亮女神”、中國“嫦娥”系列、美國LRO探測器)使月貌研究成為可能。學(xué)者們分別從地貌特征要素提取[217-221]、月貌形態(tài)特征分析[222-226]、月貌區(qū)劃與制圖[227-232]方面開展了大量的工作。文獻(xiàn)[216]從月表形貌特征的塑造及表達(dá)、宏觀特征的分析與定量刻畫、月表撞擊坑的識別與分類及空間分異特征等幾個方面歸納了月球形貌研究進(jìn)展，提出了月球形貌特征的未來月球形貌的研究方向，包括多級分區(qū)劃分、撞擊坑類型的劃分、全月球撞擊坑空間分異特征及規(guī)律、基于撞擊坑空間分布探討月球演化以及基于形貌特征的比較行星學(xué)研究等，這些研究總體上反映了月球表面宏觀地形地貌特征和分異表象，對揭示月表的形貌特征及演化過程有一定的參考價值。由于月貌的特殊性，數(shù)字地形分析方法成為了月貌研究的主要手段。自我國開展探月工程以來，科技部于2009年支持了“繞月探測工程科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用與研究”863項目、2014年度科技部基礎(chǔ)專項指南將“月球1∶250萬數(shù)字地質(zhì)圖編研”列為重點研究項目、基金委2014年發(fā)布了“月球早期(45-30億年)的地質(zhì)演化”重大研究計劃等一系列國家重大研究計劃，這些支持將對我國的探月工程及月球科學(xué)研究具有非常重要的意義。

6 總結(jié)與展望

全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫數(shù)字高程模型實現(xiàn)對全國的多尺度覆蓋，為開展區(qū)域數(shù)字地形分析的研究提供了重要的數(shù)據(jù)保障。不同數(shù)據(jù)源的地形采樣精度與地形描述精度，在一定程度上影響分析的精度。高保真數(shù)字高程模型的應(yīng)用，對保障分析結(jié)果的可信性具有重要意義，但其在面向區(qū)域數(shù)字地形分析中數(shù)據(jù)與分析結(jié)果的不確定性，還亟待進(jìn)行深入的研究。

我國科學(xué)家提出了一整套面向區(qū)域數(shù)字地形分析的新理論、新技術(shù)與新方法，并取得可喜的研究成果。但目前區(qū)域地貌形態(tài)指標(biāo)體系尚未建立，亟待從形態(tài)、物質(zhì)、機(jī)理的綜合視角進(jìn)行科學(xué)把握，不斷完善；地形信息圖譜分析方法具有顯著的理論與方法創(chuàng)新，亟待立足于地球系統(tǒng)科學(xué)在理論上進(jìn)行深入探索，完善其概念模型與方法體系，從而使地形信息圖譜成為陳述彭先生所提出地學(xué)信息圖譜理論的一次有益探索與實踐。

我國在全中國的地貌分析與系列制圖、黃土高原數(shù)字地形分析等方面取得了有重要國際影響的研究成果，亟待系統(tǒng)凝練、整合已取得的成果，實現(xiàn)在理論與方法上的提升；青藏高原、巖溶地貌區(qū)以及月表的相關(guān)研究雖剛剛起步，但已顯示出良好的發(fā)展前景，但由于其地貌成因機(jī)理的復(fù)雜性，研究難度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于黃土高原，亟待進(jìn)行研究思路與方法的創(chuàng)新。此外，江南平原河網(wǎng)地區(qū)、海岸海底地形的區(qū)域數(shù)字地形分析，對DEM的精度與保真性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的分析方法已難以滿足分析需要，亟待進(jìn)行有益探索。較之國際學(xué)界更加注重全球地貌類型劃分、數(shù)字高程模型構(gòu)建等宏觀問題，我國區(qū)域地貌數(shù)字地形分析研究更加突出區(qū)域特色，但我們今后應(yīng)當(dāng)走出中國，將我們學(xué)者已取得的成果推廣至更大、更特殊的研究區(qū)域，通過國際合作開展全球尺度區(qū)域地貌的研究，以彰顯我國地理學(xué)家的貢獻(xiàn)。

2006年首屆及2011年第三屆TADTM(Terrain Analysis and Digital Terrain Modeling)國際會議先后在南京師范大學(xué)召開(后會議更名為Geomorphometry)，目前已經(jīng)成功舉辦5屆；國際數(shù)字地球?qū)W會中國國家委員會數(shù)字山地專業(yè)委員會學(xué)術(shù)年會業(yè)已在南京師范大學(xué)、中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所成功舉辦兩屆。國家自然科學(xué)基金委及科技部對區(qū)域地貌數(shù)字地形分析相關(guān)研究給予了大力支持，形成了南京師范大學(xué)、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所及西北大學(xué)等特色研究群體。

致謝：特別感謝中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所李愛農(nóng)研究員、西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院楊勤科教授對本文提供的幫助。

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(責(zé)任編輯：張艷玲)

Progress of Digital Terrain Analysis on Regional Geomorphology in China

TANG Guoan1,2,3,NA Jiaming1,2,3,CHENG Weiming4

1. Key Laboratory of Virtual Geographic Environment of Ministry of Education，Nanjing Normal University，Nanjing 210023，China； 2. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application，Nanjing 210023，China； 3. State Key Laboratory Cultivation Base of Geographical Environment Evolution，Nanjing 210023，China； 4. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，CAS，Beijing 100101，China

Regional geomorphological research is an important part of regional geography research. In recent decades, digital terrain analysis has been widely used in regional geomorphology research. However, due to the limitations of the classic neighborhood analysis algorithm, it is hard to realize the quantitative analysis on the macroscopic morphological features. To solve this problem, Chinese scholars had made a lot of explorations and innovations. An overall review was made in this paper on Chinese scholars’ contribution to the DTA research on macro terrain morphology analysis, topographic feature analysis, tupu analysis, landform evolution, landform classification and mapping. The research review shows that Chinese scholars’ researches are closely followed by international frontier. The digital terrain analysis in the Qinghai-Tibet Plateau, the Loess Plateau and the southwest karst area highlights the regional characteristics and advantages of geomorphology in China, and has had an important impact in the international academic session.

regional geomorphology; digital terrain analysis; research overview

The National Natural Science Foundation of China (No. 41671389)

TANG Guoan (1961—)，male，professor, PhD supervisor，majors in digital terrain analysis.

湯國安，那嘉明，程維明.我國區(qū)域地貌數(shù)字地形分析研究進(jìn)展[J].測繪學(xué)報，2017,46(10)：1570-1591.

10.11947/j.AGCS.2017.20170388.

TANG Guoan,NA Jiaming,CHENG Weiming.Progress of Digital Terrain Analysis on Regional Geomorphology in China[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(10):1570-1591. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170388.

P208

A

1001-1595(2017)10-1570-22

國家自然科學(xué)基金項目(41671389)

2017-07-07

修回日期： 2017-09-10

湯國安(1961—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為數(shù)字地形分析。

E-mail： tangguoan@njnu.edu.cn