基于分形理论和GIS的黄土高原流域地貌形态量化及应用研究

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出版者:黄河水利出版社
作者:崔灵周、朱永清、李占斌
出品人:
页数:200
译者:
出版时间:2006-11
价格:35.00
装帧:平装
isbn号码:9787807341413
丛书系列:
图书标签:
  • 分形理论
  • GIS
  • 黄土高原
  • 流域地貌
  • 地貌形态量化
  • 遥感
  • 地理学
  • 水土保持
  • 生态环境
  • 定量地理学
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具体描述

好的,这是一份关于《基于分形理论和GIS的黄土高原流域地貌形态量化及应用研究》的图书简介,内容将详细描述本书的研究范围、核心方法、技术应用及其对相关学科的贡献,同时确保内容专业、自然,不含任何痕迹。 --- 图书简介:河流地貌学、遥感与空间分析的深度融合 书名:《基于分形理论和GIS的黄土高原流域地貌形态量化及应用研究》 导言:流域地貌演变的复杂性与量化挑战 黄土高原是世界上水土流失最为严重的地区之一,其独特的地貌单元——黄土梁、峁、沟的形成与演变过程,是地球科学领域长期关注的焦点。理解和量化这些地貌形态的复杂结构,对于评估区域生态环境的脆弱性、指导水土保持工程的布局具有至关重要的意义。然而,传统的地貌学研究往往依赖于定性描述或基于单一尺度的分析,难以捕捉到地貌形态在不同空间尺度上展现出的自相似性与内在的系统结构。 本书正是为了应对这一挑战而撰写。它聚焦于利用分形几何理论这一先进的数学工具,结合地理信息系统(GIS)强大的空间数据处理能力,对黄土高原流域的地貌形态进行系统、多尺度的量化描述与空间分析。本书旨在构建一个从数据获取、指标提取到模型构建和应用实践的完整研究框架。 第一部分:理论基础与方法论的构建 本书的理论基石在于将分形几何的视角引入到传统的河流地貌学研究中。分形理论的核心在于描述自然界中普遍存在的非整数维度的、具有自相似特性的结构。 1. 分形理论在河流地貌中的映射: 本书详细阐述了如何将分形概念应用于流域边界、河网结构以及侵蚀地貌的描述。我们探讨了盒计数法(Box-Counting Method)、谢尔宾斯基分解法等关键分形维数计算方法在处理离散地理数据时的适应性与局限性。重点在于,分形维数(Fractal Dimension, D)不再仅仅是一个数学参数,而是被赋予了明确的地理意义——它反映了流域形态的复杂程度、支流的密度和汇流效率的内在规律。 2. GIS技术平台下的数据处理与指标提取: GIS是实现大规模、高精度地貌量化的技术载体。本书详细介绍了如何利用高分辨率数字高程模型(DEM)作为基础数据源,通过GIS空间分析工具(如水文分析模块)提取出反映流域形态的矢量网络(河网)和地表起伏特征。关键技术包括: 地形特征提取: 基于DEM提取坡度、坡向、曲率等一阶地形因子,并利用这些因子构建具有空间连续性的地形表面模型。 河网拓扑分析: 对提取的河网进行拓扑结构分析,为后续的分形分析提供结构化的数据输入。 多尺度空间划分: 介绍如何通过GIS的层次化空间划分技术,实现对地貌单元在不同尺度上进行一致性的量化评估。 第二部分:黄土高原流域地貌形态的量化研究 本书的核心内容在于将分形理论与GIS分析结果相结合,对黄土高原典型流域的地貌形态进行深入量化。 1. 流域边界形态的分形特征分析: 流域边界的形状极大地影响着水流汇集和产沙效率。本书采用改进的分形算法,对研究区内不同级别流域的边界进行量化。我们分析了分形维数与流域面积、形状因子、以及水文响应时间之间的关系。研究发现,高分形维数的边界通常意味着边界形态更为复杂、曲折,这可能与地质构造和侵蚀过程的差异有关。 2. 河网结构的分形分析: 河网结构是流域形态和水文响应的关键指标。本书侧重于对河网的拓扑分形和空间分形进行双重分析。 拓扑分形: 利用Horton定律、Strahler分级系统,结合分形维数来评估支流的分配规律和连接性。 空间分形: 衡量河道在空间分布上的紧密程度和自相似性。这些量化指标可以有效区分由构造控制和由侵蚀作用主导的河网形态。 3. 地表起伏与侵蚀地貌的量化: 针对黄土高原特有的沟壑地貌,本书探讨了如何利用分形分析来量化地表起伏的复杂性。通过计算地形表面的分形维数,可以有效地表征沟壑密度和地貌的“破碎化”程度。这些量化指标被用于区分不同侵蚀阶段和不同岩性条件下的地貌特征。 第三部分:量化结果的应用与区域生态工程实践 本书的最终目标是将抽象的量化指标转化为具有实际指导意义的应用成果。 1. 地貌形态分级与水土保持分区: 利用GIS的空间叠加分析功能,本书将计算得出的分形指标(如边界分形维数、河网分形维数)与传统的水土流失因子(如坡度、土壤类型)进行耦合分析。基于此,构建了一个多因子耦合的流域地貌形态复杂性指数(MFCI),并据此对研究区域进行了精细化的水土保持工程分区。高MFCI的区域被识别为水土流失风险极高或生态修复难度较大的区域。 2. 土壤侵蚀敏感性评价: 分形量化指标被引入到区域土壤侵蚀模型中,作为描述地貌响应特征的重要参数。研究表明,地貌形态复杂性指数与实际观测到的产沙量之间存在显著的相关性,这证明了分形分析在提高侵蚀模型预测精度方面的潜力。 3. 遥感数据验证与模型优化: 为了增强量化结果的可靠性,本书还探讨了如何利用高分辨率遥感影像数据,通过纹理分析等手段,对分形分析结果进行交叉验证。这为在缺乏高质量DEM数据的地区推广该方法提供了技术路径。 结语:跨学科研究的范式探索 本书不仅是对黄土高原特定区域地貌研究的贡献,更重要的是,它为环境科学、地理信息科学和水文学等多个学科提供了一种处理复杂非线性系统的有效范式。通过分形理论与GIS的深度整合,我们得以超越传统线性思维的局限,以更精确、更具系统性的视角来解读自然地貌的形成与演变规律。本书是相关领域研究人员、高级本科生及研究生进行流域形态学、水文模拟及区域可持续发展规划的实用参考书。 ---

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用户评价

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这本书的题目让我眼前一亮,尤其是“分形理论”和“GIS”的结合,这听起来就不是一本停留在表面描述的地理书籍。黄土高原,这个在中国地理学研究中占据重要地位的区域,其地貌的形成和演变深受自然因素和人类活动的影响,一直以来都是研究的重点和难点。本书将“分形理论”这一现代数学工具引入,意味着作者可能是在试图用一种更深刻、更精细的方式来刻画黄土高原那些形态复杂、尺度多样的地貌特征,例如侵蚀形成的沟壑、梁、峁等,分形理论也许能够揭示其隐藏的几何规律和演化机制,从微观到宏观都能找到相似的结构。而“GIS”的强大空间分析能力,则为这种理论的应用提供了技术支撑,可以有效地处理和分析大量的地理空间数据,将抽象的分形模型与实际的地貌形态进行对接,从而实现地貌形态的“量化”。“量化”这一点非常关键,它意味着本书的研究结果将是客观的、可重复的,并且可以进行比较分析。更重要的是,“应用研究”的定位,表明作者并非仅仅停留在理论层面,而是希望将这些量化成果应用于实际问题的解决,例如在水土保持、流域治理、土地利用规划等方面,提供科学的决策依据。这对于理解黄土高原这一特殊生态区域的脆弱性,以及如何制定有效的保护和发展策略,都具有重要的现实意义。

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这本书的题目,乍一看就充满了科技感和深度。“分形理论”这个词,本身就带有神秘而迷人的色彩,它能帮助我们理解自然界中那些看似混乱但又充满内在规律的复杂形态,比如海岸线、雪花,而将它应用于“黄土高原流域”的地貌形态研究,简直是一拍即合。黄土高原的沟壑纵横、千姿百态,正是分形理论大显身手的好地方。我猜想,书中会深入探讨如何用分形维度来量化这些地貌特征的粗糙度、复杂度,以及这种复杂度如何随着不同的水文过程和地质条件而变化。而“GIS”的加入,更是让这一切变得触手可及。GIS强大的空间数据处理和可视化能力,能够将分形理论的计算结果与真实的地形地貌数据相结合,让我们能够“看见”分形的语言所描绘的黄土高原。从“量化”到“应用”,这正是我最感兴趣的部分。研究地貌形态的量化,最终是为了更好地认识和管理它。我期待本书能够提供一些具体的应用案例,比如如何利用量化后的地貌特征来预测土壤侵蚀的速率和空间分布,或者如何为流域的综合治理和生态修复提供科学的指导。这种将前沿理论与实际应用相结合的研究,对于解决黄土高原面临的生态环境挑战,具有不可估量的价值。

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这本书的标题实在是太吸引人了!“分形理论”和“GIS”这两个词就足以勾起我浓厚的兴趣,更不用说“黄土高原流域”这个具体的地理区域了。我一直对那些充满历史沧桑感、地貌形态独特的地方情有独钟,而黄土高原无疑是其中最典型的一个。书名直接点明了研究的核心——“地貌形态量化及应用”,这听起来就是一项非常扎实、能够产生实际价值的研究。我不禁开始想象,作者是如何运用前沿的数学理论(分形)和强大的空间分析工具(GIS)来解读黄土高原复杂多变的地表形态的。这种结合本身就充满了挑战和创新。量化地貌形态,意味着不再是单纯的描述性研究,而是要用数据说话,用模型来解释。这对于理解黄土高原的水土流失、地质灾害的形成机制,乃至生态环境的演变过程,都将是至关重要的。我特别期待书中能够展现出黄土高原不同区域、不同尺度下地貌形态的差异性,以及这些差异背后蕴含的深刻原因。而且,“应用研究”这一部分更是让我充满了期待,究竟这些量化成果能够在哪些方面发挥作用?是为区域规划提供科学依据,还是为环境保护提供技术支持?我迫不及待地想翻开这本书,去探索作者眼中的黄土高原。

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这本书的封面设计以及副标题都散发着一种严谨、学术的气息,这让我作为一名对自然科学领域有一定了解的读者,感到非常安心。首先,它聚焦于“黄土高原流域”,这是一个具有代表性的研究对象,其特殊的地质构造和气候条件孕育了独特的地貌,而“流域”的概念则进一步强调了研究的系统性和整体性,将地貌形态置于水文过程的动态变化中考察,这无疑增加了研究的深度。其次,作者巧妙地将“分形理论”引入,这是一种能够描述自然界复杂、不规则形态的有力工具,尤其在地貌研究中,分形理论能够很好地刻画出土壤侵蚀、沟壑发育等过程所产生的自相似性和尺度不变性。结合“GIS”技术,这简直是如虎添翼。GIS强大的空间数据处理和可视化能力,能够将海量的地理信息整合、分析,并将分形模型的计算结果直观地呈现出来,这对于理解和解释黄土高原地貌的复杂性至关重要。我相信,本书不仅仅是理论上的探讨,更重要的是它能提供一套行之有效的“量化”方法,使得我们能够更精确、更客观地认识黄土高原的地貌特征,这对于后续的区域可持续发展、水土保持工程的设计与评估,甚至是灾害风险的预警,都具有极高的理论和实践价值,能够为解决黄土高原生态脆弱区的环境问题提供科学的解决方案。

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从书名中“量化”二字,我立刻联想到这本书必然充满了严谨的数据分析和科学的建模过程。黄土高原的地貌,尤其是其千沟万壑的独特景象,一直是地理学家们关注的焦点。而“分形理论”的引入,预示着作者将尝试用一种超越传统几何学的视角来理解和描述这些复杂形态,比如对沟壑网络、坡面侵蚀形态等进行分形维数的计算,从而揭示其内在的复杂性和演化规律。这对于我们这些习惯了宏观描述的读者来说,无疑是一种全新的认识地貌的方式。而“GIS”的应用,更是为这项研究插上了翅膀。在现代地理学研究中,GIS已经成为不可或缺的工具。我想象着书中会运用GIS来收集、整合大量的地形数据,比如DEM(数字高程模型)、遥感影像等,并结合分形算法进行空间分析。这将大大提高研究的效率和精度。而且,这本书的落脚点在“应用研究”,这让我对其研究成果的应用前景非常看好。黄土高原的生态环境问题举世瞩目,能否通过科学的地貌量化来指导水土保持、土地利用规划,甚至生态修复工作,将是衡量这项研究价值的重要标准。我期待书中能够提供具体的案例分析,展示如何将分形理论和GIS的技术成果转化为实际的解决方案,为黄土高原的可持续发展贡献智慧。

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