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1、学校代码13800 湖北国土资源职业学院毕业论 文 论文名称 山体基面高度提取量化方法与实现 学生姓名 学 号 91211055 专业 地理信息系统应用与开发 班 级 GIS1102 指导教师 答辩时间 2014年6月毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 摘 要山体基面高度的差异影响山体本身对其水热条件的再分配
2、，进而影响山地垂直带谱的结构以及分布，是决定山地垂直带谱分布高度的重要影响因素之一。但到目前为止，山体基面高度还没有一个准确而科学的定义，并且缺乏一个有效的数字化、定量化的提取方法。本文以横断山区为例，使用30米分辨率的DEM数据，以山体基面高度特征为基础，通过利用各地形因子进行山体基面高度的提取，这样能够较好的体现出山体基面的分布情况，从而反映山体的基本状态。首先分别基于水文特征和地形特征提取山脊线、山谷线，以及采用地形地貌单元自动提取的方法提取山体轮廓界线，然后依据提取的主山脊线、主山谷线及山体轮廓界线，划分山体基面高度分区并依据山体基面的分布特征确定各山体的基面高度值。此方法为大范围的山
3、体基面高度快速而准确提取以及山体效应的定量化研究提供了重要的技术支持。【关键词】山体基面高度 山地垂直带谱 横断山区 定量化 山体效应AbstractMountain basal elevation is the elevation of the base which mountains uplift from. The variation of mountain basal elevation affects the redistribution of water and heat conditions in mountain areas, and the structure and dis
4、tribution of mountain altitudinal belts. But so far, there has been no accurate and scientific concept of mountain basal elevation and no effective method to quantitatively extract it. This paper takes Hengduan mountains for experimental zone, and uses DEM at resolution of 30m, based on the mountain
5、 basal elevation characteristic, by using the mountain base level the height of the terrain factor are extracted, it can better embody the mountain distribution on the surface of the base, which reflects the fundamental state of the mountain. Firstly, extracting main ridge line and main valley line
6、by terrain analysis and hydrological analysis, and using topographical features to extract the boundary of mountains. Then based on the result of extraction, the distribution and the value of mountain basal elevation are determined. The method could promote the extraction of the worlds mountain basa
7、l elevation and the quantitative research of mass elevation effect.Key words：Mountain Basal Elevation; Mountain Altitudinal Belts; Hengduan Mountains; Quantification; Mass Elevation Effect目录第一章 引言11.1 选题背景与依据11.2 国内外研究进展21.3研究基础31.4 研究内容与技术方案41.5 论文组织4第二章 研究区概况52.1 地理位置52.2 地形特征52.3土壤与植被分布6第三章 材料与方法
8、73.1实验样区简介73.2实验数据处理方法73.2.1实验数据预处理73.2.2实验方法9第四章 实验数据处理104.1山脊线、山谷线的提取114.1.1 基于地形特征的提取方法114.1.2 基于水文特征的提取方法144.1.3 确定最终主山脊线山谷线154.2 山体轮廓界线的提取174.2.1 地貌单元自动提取方法174.3山体基面高度的提取184.3.1 确定山体基面高度分区184.3.2 确定分区基面高度值194.4提取结果与分析204.4.1提取山体基面高度分区204.4.2提取结果的分析21第五章 结论与讨论21致谢22参考文献23第一章 引言1.1 选题背景与依据山体效应主要是
9、指由于山体的隆起产生的增温效应及其对山地植被带的抬升作用1。它对于山地垂直带分布和结构类型具有重要的影响2-3。山体效应大小的影响因素众多，包括山体基面高度、山体面积、距大地形边缘的距离、山体周围的环境状况等，其中山体基面高度是影响山体效应大小的第一要素4。山地最基本的特征就是山体的垂直分异性，由于环境的千差万别，山体垂直带谱具有极大的多样性，垂直带分异产生的原因历来受到学者们的关注5。山体效应的影响因子是多元化的，因此对山体效应因子进行一一量化对于研究山地垂直带分布的定量认识具有重大的影响。然而，在这些因子中，有些本身具有量纲，可以直接量化其与山体效应的关系。例如，通过对山体效应的初步量化，
10、得出山体基面高度是影响山体效应大小的第一因素4。但是，除了像山体基面高度这样本身具有量纲并且容易进行分析的因子之外，其他更多的山体效应因子，例如山体的占地面积、山体走向（与盛行风的夹角）、山体侧翼（与太阳辐射的关系），山体周围的地形结构等都很难进行直接量化的，并且难以直观的辨别其与山体效应的相关关系。山体基面高度主要是指山系或高原不同部分所在的起始海拔高度。山体不同的侧翼，山系内外基面高度往往不同山系内外的基面一般有较明显的差异，并且内部的基面高度一般比外围的基面高度要高，这种差异使得同一海拔高度上山体内部温度比外部高，从而影响山地垂直带谱的结构和分布差异5。早在上世纪初，人们就注意到随着山体
11、基面高度的增加，山地垂直带分布也呈上升趋势6，而山体基面高度的重要性在于它与山体效应存在着紧密的联系。在很多的情况下，甚至可以用山体基面高度来代表山体效应，研究山体效应对雪线、林线高度分布的影响等4，同时相对于其他的山体效应因子，山体基面高度的作用受气候条件与海陆位置影响相对较小，对垂直带高度分布的影响也相对比较稳定和独立，具有非地带性的特点，并且在较大尺度上山体基面高度对雪线与林线的分布影响甚至超过了纬度的作用，进而成为决定林线、雪线分布高度的重要因子8。 山体基面高度的定量化研究是人们认识山体垂直带分布规律的一个重要方面，而且还是山体垂直带信息图谱的重要理论研究部分，通过山体基面高度的定量
12、化研究，我们可以更加深刻的理解山地垂直带分布的控制机制，完善山地垂直带谱研究的理论基础。对横断山区的山体基面高度提取量化方法研究，可以从多方面多角度去研究影响山体垂直带的分布规律的除经、纬度等以外的其他因素，进而了解山体基面高度对横断山区周边环境的影响以及垂直带结构的生态分布格局。 明确山体基面高度的特点对于山体基面高度的确定起着关键的作用，根据以上所述，山体基面高度的特点可以归纳为如下几个方面：1) 山体基面高度是一个相对的概念，基面是相对于在其上隆起的山体而言的，基面可能是平原、高原甚至可能是宽大的山谷、断裂带、大型的台地以及其他的大块山体；2) 山体基面高度是相对于山体而言的，山体是山体
13、基面高度的影响范围，因而基面高度所在位置不应该处于该基面所影响的山体之内；3) 山系中的不同山脉，山脉的不同侧翼，甚至于同一山脉的同一侧翼的不同段都可能存在着不同的山体基面高度；4) 大的山系的山体基面高度一般具有由外围向内部呈阶梯状逐渐升高的趋势；5) 山体基面高度是影响山体效应大小的第一要素，可以作为研究山体效应的代用因子，且适合用于大尺度的研究范畴。1.2 国内外研究进展“山体效应”概念的提出距今已有100多年。据不完全统计，在这100余年中有很多的学者曾尝试着对其产生原因进行解释，这其中包括地理学家、生物学家以及植物学家。大部分的学者都接受“山体效应是山体本身对周围环境的影响造成的”这
14、一观点。Flohn首先提出，海拔高度显著的高原地面（如西藏和南美阿尔提普拉诺高原）夏季比毗邻的自由大气要暖。这是由于太阳辐射随高度增加而有效红外辐射随高度相对不变造成的。他认为山地对大气的加热可以分为两部分：一是地面的显热输送；另一个是山岳地形诱发积云发展产生降水释放的凝结潜热9。生物学家们从土壤中的营养物质随海拔梯度的变化来解释山体效应现象，认为在热带湿润山地出现的山体效应现象，不能完全用温度的影响来解释，雾在山地出现的频率似乎更能解释热带湿润山地的山体效应现象8。而植物学家们则用紫外辐射UV-B对植被的影响来解释山体效应，认为温度对山体效应的现象影响很大，但还不能完全解释10。然而以上研究
15、也只是停留在山体效应产生的机理上，真正对其产生原因进行研究的却又少之又少。但是近年来随着现代遥感、GIS技术的发展，地理学家们开始运用遥感和GIS技术对重要地理现象进行数字模拟和分析，山地垂直带谱的研究工作也走上了全数字化研究的科学革命之路。中国山地垂直带谱信息系统以及欧亚大陆山地垂直带信息系统的研发“使得生命条件沿垂直梯度大尺度的比较成为可能”11-12，大陆乃至全球尺度上的山地垂直带谱的比较和分析的工作得以展开。不同尺度和区域上各种影响垂直带分布的因素（地理位置、海陆分布、地形、山体走向等）及其作用被重新分析、评估并分别逐步实现定量化。正是有了这样的研究基础，山体效应对垂直带分布的影响才被重新认识，进而基于垂直带的山体效应定量化研究工作得以开展。
