基于DEM的月表破碎度指标构建及其空间分异特征研究

论文摘要

月球作为地球唯一的天然卫星,一直以来都是人类深空探测的首选目标。自20世纪60年代以来,以月球遥感影像数据和地形数据为代表的各种月球探测数据的获取,为人类开展月球空间环境、月表形貌特征及月球地质构造演化等研究提供了重要的数据支撑。近年来,利用激光测高方法获得的月表数字高程模型（DEM）数据,由于其具有三维的空间表达能力和精细的地形解析能力,已被广泛应用于月表形貌特征及其空间分异特征研究中。地表景观破碎度衡量地表景观在自然或人为因素干扰下所表现的破碎程度,反映地表景观的发育演化特征。撞击坑作为月表最为直观和典型的形貌单元,其记录了月球自诞生以来比较完备的撞击历史,已成为研究月表形貌特征发育演化的重要载体。当前利用月表撞击坑而展开的月表形貌特征研究主要集中在撞击坑密度指标,通过表现撞击坑的空间集聚程度来反映月表特定区域的撞击破碎程度。但在刻画月表受不同尺寸规模的撞击体撞击而表现出的破碎程度上,由于撞击坑密度仅表示月表特定区域内撞击坑的数量,其忽视了月表受撞击而破碎的面积比例,因而难以直观的反映月表受撞击而表现的破碎程度。因此,本文借鉴地表景观破碎度的理论与方法,基于美国月球轨道飞行器（LRO）获取的100米分辨率月表DEM数据而构建的LU62287GT月球撞击坑数据库,定义月表特定区域内的撞击坑总面积为月表破碎度指标,并进行指标的空间分异特征研究。本研究的主要结论如下:1.在构建月表撞击坑数据库和月表破碎度指标过程中,根据撞击坑的空间位置和发育程度等因素,月表撞击坑可分为离散型撞击坑、群聚型撞击坑和退化型撞击坑三种主类型以及七种次类型。基于DEM及其衍生地形因子的撞击坑目视解译,其撞击坑直径均误差在4.92km,均误差率在16.93%;线状窗口邻域分析的撞击坑自动提取,其提取精度达到77%以上,整体提取质量在70%以上。在全月范围内,当样区尺度在纬差22.5°-36°、经差40°-60°之间时,月表破碎度值趋于相对稳定。2.全月范围内,月表破碎度与撞击坑密度空间的分异差异性特征,表明本文构建的月表破碎度指标有一定的月表形貌特征指示性意义。突出表现为:在两极地区,月表破碎度为高值区,撞击坑密度则为低值区;而在近赤道地区,月表破碎度为低值区,而撞击坑密度则为高值区。表明两极地区主要以大型撞击坑或撞击盆地为主,而近赤道地区则主要以小型撞击坑为主。进一步研究表明:全月尺度下月表破碎度与撞击坑密度之间呈现负相关关系,当划分的区域数目最小为36-42个之间时负相关关系开始显著。全月表撞击坑的尺寸规模空间分布模式为:以月球雨海、风暴洋和澄海等正面月海区域为中心向外扩展,撞击坑的尺寸规模总体表现为由小型撞击坑逐渐过渡到大型撞击坑。3.月表破碎度在全月尺度下具有一定的空间分异特征:月表破碎度在月球背面大于月球正面、两极地区大于赤道地区、月陆地区大于月海地区。从月表地质岩性来看:月表破碎度在由多元角砾岩和撞击熔融岩构成的区域达到最大值且集中在两极特别是南极地区;而在由玄武质熔岩流和火成物质构成的区域为最小值且集中在低纬度赤道特别是南半球月海地区;在由撞击角砾岩、当地物质和火山作用物混合物质构成的区域则处于中间值且集中在北极附近月陆地区。从月表地质年代来看:月表破碎度在雨海纪达到最大值且分布比较均衡;而在哥白尼纪为最小值且分布较为随机;在前酒海纪、酒海纪和爱拉托逊纪则处于中间值且集中在两极特别是南极地区。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究意义
•   1.3 研究综述
•     1.3.1 地表景观破碎度及其驱动因子
•     1.3.2 月表撞击坑形态特征及分类
•     1.3.3 月表撞击坑识别技术研究
•     1.3.4 月表形貌特征研究
•   1.4 研究目标与研究内容
•     1.4.1 研究目标
•     1.4.2 研究内容
•   1.5 论文结构
• 第2章 研究基础
•   2.1 研究区与数据
•     2.1.1 研究区概况
•     2.1.2 研究数据
•   2.2 研究方法、研究平台与技术路线
•     2.2.1 研究方法
•     2.2.2 研究平台
•     2.2.3 技术路线
• 第3章 撞击坑数据库及月表破碎度指标构建
•   3.1 月表撞击坑形貌特征及类型划分
•     3.1.1 撞击坑形态特征
•     3.1.2 撞击坑类型划分
•   3.2 月表撞击坑识别提取
•     3.2.1 基于DEM及其衍生地形因子结合的撞击坑目视解译
•     3.2.2 基于DEM线状窗口邻域分析的撞击坑自动提取
•   3.3 基于DEM月表撞击坑数据库构建
•     3.3.1 撞击坑类型编码
•     3.3.2 撞击坑数据库构建
•   3.4 基于DEM月表破碎度指标构建
•     3.4.1 月表破碎度构建原则及理论依据
•     3.4.2 月表破碎度指标稳定性尺度范围厘定
•   3.5 小结
• 第4章 月表破碎度指标空间分异特征研究
•   4.1 全月40个等积样区下月表破碎度空间分异研究
•     4.1.1 全月40个等积样区划分
•     4.1.2 全月40个等积样区月表破碎度结果
•     4.1.3 全月40个等积样区月表破碎度指标热点分析
•   4.2 不同经纬度上月表破碎度指标的空间分异
•     4.2.1 月表不同经纬度方向上样区划分
•     4.2.2 月表破碎度在不同经度方向上的空间分异
•     4.2.3 月表破碎度在不同纬度方向上的空间分异
•   4.3 典型样区下月表破碎度空间分异研究
•     4.3.1 传统意义下典型样区的月表破碎度
•     4.3.2 顾及地理位置、地质岩性和地质年代下重点样区的月表破碎度
•   4.4 月表破碎度与撞击坑密度空间分异对比研究
•     4.4.1 月表破碎度与撞击坑密度统计特征分析
•     4.4.2 月表破碎度与撞击坑密度相关分析
•     4.4.3 月表破碎度与撞击坑密度栅格空间分析
•   4.5 小结
• 第5章 月表破碎度与月球地质演化映射关系
•   5.1 月表破碎度与月表地质岩性关系
•     5.1.1 不同地质岩性下月表破碎度差异性表现
•     5.1.2 不同地质岩性下月表破碎度的空间分布特征
•   5.2 月表破碎度与月表地质年代关系
•     5.2.1 不同地质年代下月表破碎度差异性表现
•     5.2.2 不同地质年代下月表破碎度空间分布特征
•   5.3 小结
• 第6章 结论与讨论
•   6.1 研究结论
•   6.2 研究创新点
•   6.3 讨论
•     6.3.1 研究不足
•     6.3.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 涂杰

导师: 周毅

关键词: 月表破碎度,月球撞击坑,空间分异

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 陕西师范大学

分类号: P184.5

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000288

总页数: 105

文件大小: 15331K

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