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地表微地形測量是地表粗糙度定量化的基礎,對地表形態動態監測、水文過程模擬以及土壤侵蝕過程模型的構建具有重要意義。目前,微地形測量方法主要分為接觸式和非接觸式2大類,前者包括測針法、鏈條法、差分GPS法等,后者包括超聲波測距法、紅外線傳感器法、結構光激光掃描法、激光測距掃描法、三維激光掃描儀法、近景攝影測量法等。在全面回顧各方法原理、優缺點及其應用的基礎上,分析地表粗糙度定量化常用方法:統計方法指數、地統計學指數和分形及多重分形模型。認為:1)差分GPS法、結構光激光掃描法、三維激光掃描儀法和近景攝影測量法將在亞毫米~厘米級地表微地形測量及地表粗糙度多尺度特征研究中發揮重要作用,同時簡單、方便的測針法可能在野外測量中依然占據主導地位;2)以地表微地形測量技術為基礎,在土壤侵蝕過程模型中亟需形成一套完整的"測量—定量化—模型應用"范式,同時應加強對地表微地形空間異質性和各向異性的研究,發展新的統一的地表粗糙度定量化方法。
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為了揭示川中丘陵區紫色土地表微地形變化對土壤侵蝕的影響,該文通過室內人工模擬降雨試驗,從地表糙度角度出發,結合多重分形理論與方法,分析了不同坡度條件下紫色土地表微地形變化特征,探討了地表微地形變化與土壤侵蝕間的關系。結果表明:1)雨強為1.5 mm/min,歷時為40 min降雨條件下,10°、15°和20°坡面地表相對高程的變化量分別為-11.66、-3.52和-5.61 mm,僅20°坡面地表初始低洼部位被徑流貫通形成細溝;各坡面地表糙度均有所減小,且表現為15°>10°>20°,其中10°和15°坡面不同坡位地表糙度均較雨前減小,20°坡面下坡地表糙度較雨前增大,不同坡度全坡面地表糙度均較雨前減小;2)地表微地形具有一定的多重分形特征,10°和15°坡面雨后多重分形參數廣義分形維數跨度、奇異指數跨度和多重分形譜高差均較雨前增大,微地形空間分布差異增大,且地表變得圓潤,20°坡面與之相反;3)隨坡度增大,地表徑流量呈先減小后增大的變化趨勢,且地表糙度變幅越小的坡面,地表產流量越高,而侵蝕產沙量則隨坡度的增大顯著提高(P<0.05)。研究成果為揭示水蝕過程中地表微地形變化的本質和作用機理提供了參考。
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