基于CiteSpace的地貌參數(shù)國內外研究現(xiàn)狀與趨勢分析

周書賢

（新疆大學地質與礦業(yè)工程學院，新疆 烏魯木齊 830017）

0 引言

地貌參數(shù)可以對構造地貌進行定量化表述，進而分析地貌形態(tài)的演化過程及新構造運動的特征等。地貌參數(shù)被提出用于地貌研究，可以追溯至20世紀50 年代，Strahler［1］首先提出利用面積-高程積分來對地貌的發(fā)育階段進行相應判定。隨著研究的不斷深入以及數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）在地貌學定量分析的廣泛采用，不同類型的地貌參數(shù)得以在構造活動的定量研究中發(fā)揮作用，常用于一維地貌分析的地貌參數(shù)有河長坡降指數(shù)與Hack 剖面［2］、河谷寬高比、山前曲折度等［3］，用于二維分析的流域不對稱性指數(shù)［4］以及常用于三維分析的面積-高程積分等。實際研究中，通常采用多種地貌參數(shù)綜合分析，不僅能獲取構造活動在水平及垂直方向上的可靠位移分量數(shù)據，還可識別隆升強烈地區(qū)，在構造活動特征的研究中發(fā)揮重要作用［5］。隨著國內外學者對地貌參數(shù)的廣泛研究，相應研究成果日漸增長，把握地貌參數(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展形勢成為該領域研究必不可少的條件，基于傳統(tǒng)方法進行文獻的分析研究難以在海量文獻數(shù)據中精準統(tǒng)計與分析國內外研究內容的異同，而陳悅等［6］基于文獻計量學開發(fā)的CiteSpace軟件通過可視化的計量方式直觀表現(xiàn)科研成果時間與空間上的分布、熱點關鍵詞的聚類等內容，對文獻分析提供了快捷、準確的幫助。當前，少有學者通過可視化的文獻計量學方法來研究地貌參數(shù)的發(fā)展形勢，鑒于此，本研究擬對國內外地貌參數(shù)2000—2021 年相關文獻進行檢索篩選，借由CiteSpace軟件進行信息可視化處理，以期明確國內外地貌參數(shù)的發(fā)展熱點及趨勢，助推我國地貌參數(shù)研究進展。

1 數(shù)據來源與處理

考慮研究的準確性和可靠性，本研究選取國內外發(fā)表在學術期刊的文獻作為檢索對象。外文文獻來源于Web of Science 數(shù)據庫（以下簡稱WOS）核心數(shù)據集，以TS=（geomorphic index OR geomorphic indices OR geomorphic parameters）作為檢索式子，時 間 跨 度 為2000 年1 月1 日—2021 年12 月21 日，經文獻檢索及手動識別、篩選后整理得到547 篇相關外文文獻。中文文獻來源于中國知網（CNKI）數(shù)據庫，以“地貌指數(shù)+地貌參數(shù)+地貌分析+構造地貌學”為主題檢索詞，時間跨度為2000 年1 月—2021年12月，在CSCD、CSSCI以及EI來源期刊中進行檢索，文獻檢索之后手動進行識別、剔除不相關文獻，最終獲得86篇中文相關文獻。

本研究采用文獻計量方法，通過CiteSpace 軟件對上述檢索內容進行年份統(tǒng)計、關鍵詞突現(xiàn)等科學的量化分析，探討國內外研究進展及存在的異同。

2 地貌參數(shù)研究信息統(tǒng)計

地貌參數(shù)相關研究的文獻發(fā)表量是研判該領域研究熱點與發(fā)展前沿的重要指標。基于WOS 以及CSCD中檢索及篩選后的數(shù)據統(tǒng)計得到國內外地貌參數(shù)2000—2021 年相關文獻發(fā)表狀況，如圖1所示。

圖1 地貌參數(shù)研究文獻數(shù)量對比圖

2000—2007 年國外地貌參數(shù)的研究處于成長期，這一時期外文文獻的發(fā)表量較低，2008—2017年處于發(fā)展期，文獻發(fā)表量逐年增加，其中值得注意的是2008 年增長較高。2018 年以后開始處于高速增長期，不僅年發(fā)文量大且增長率快，從整體分析，國外文獻年發(fā)表數(shù)量雖然存在波動，但大體處于逐年上升趨勢。相比之下，國內地貌參數(shù)研究不僅起步時間較晚，且研究程度較低。2002年熊立華等［7］首先介紹了地表坡度、集水面積等基礎的宏觀地貌參數(shù)的計算方法，但并未深入研究。此后直至2010 年，國內的研究始終相對薄弱。2011 年以后，隨著國內對DEM 數(shù)據以及GIS 技術的了解和運用逐漸豐富，地學界開始關注利用地貌參數(shù)對地貌進行定量分析的研究工作［8］，2011—2021 年發(fā)文量呈上升趨勢，但升勢平緩，且數(shù)量始終較少，相當于國外10年前發(fā)文量狀況。

3 國內外地貌參數(shù)研究前沿分析

3.1 國外地貌參數(shù)研究前沿動態(tài)

突現(xiàn)關鍵詞在定義上表示某一時期內，受到學者們大量關注并且出現(xiàn)頻次突增的關鍵詞［9］，從一定程度上可以表示該時期相關研究的前沿及趨勢。對WOS 數(shù)據進行突現(xiàn)分析，得到國外地貌參數(shù)2000—2021 年相關研究的突現(xiàn)關鍵詞結果如表1所示。

表1 國外地貌參數(shù)2000—2021年研究中的突現(xiàn)關鍵詞

由表1 可知，2000—2021 年突現(xiàn)強度最高的關鍵詞為“構造地質學”，突現(xiàn)年份持續(xù)最久的關鍵詞為“實例”，且這兩個突現(xiàn)關鍵詞的出現(xiàn)年份都較早，這說明早期國外對地貌參數(shù)的研究前沿主要集中在將地貌參數(shù)應用于各類構造實例的研究中，為構造地質學的發(fā)展提供有效助力。中期“速率”“地表抬升”“基巖凸起”等關鍵詞突現(xiàn)，這一時期，廣大國外學者通過研究認定在基巖山區(qū)流域盆地相應的侵蝕地貌能很好地保留103～106a 時期內構造活動特征信息［10］，并且侵蝕地貌展現(xiàn)出與抬升速率較為突出明顯的關系響應［11］，地貌參數(shù)被大量用于地貌信息的分析研究當中。

2017—2021 年“氣候變化”“洞察”“滑動速率”“地形地貌”的熱度持久，這些熱點的出現(xiàn)和持續(xù)歸因于眾多研究證明了提取地貌參數(shù)成為區(qū)域構造活動研究最為方便、可靠的方法［12］。區(qū)域地形地貌往往是在構造活動的差異和氣候變化等內外營力作用下形成的自身特征，獨特的地形地貌反映了不同的氣候變化與構造活動長期復合影響下的結果［13］。得益于低溫熱年代學和宇宙成因核素等測年方法的進步以及遙感技術的提高，利用地貌參數(shù)研究構造運動—地形地貌—氣候變化系統(tǒng)的研究得以發(fā)展，本質上來說，構造地貌學與氣候學、地球物理學、地理信息科學等多學科的交叉融合豐富了研究的多樣性和準確性，如何將眾多學科內容結合地貌參數(shù)進行研究是國外主要的研究趨勢。

3.2 國內地貌參數(shù)研究前沿動態(tài)

對中文文獻進行關鍵詞突現(xiàn)得到結果如表2所示。由表2 可知，2000—2021 年國內地貌參數(shù)相關研究突現(xiàn)強度最高的關鍵詞為“構造地貌”。

表2 國內地貌參數(shù)2000—2021年研究中的突現(xiàn)關鍵詞

2010 年以前國內關于地貌參數(shù)較為科學系統(tǒng)的研究尚顯不足，沒有較為深入的研究，熊立華等［7］在2002年僅初步介紹了地表坡度、集水面積等的計算方法。王隨繼等［14］進一步將地貌參數(shù)用于研究，在2006 年提取了怒江、瀾滄江和金沙江的河道比降，分析了支流體系演變的相似性。此后直至2010年，“構造運動”和“構造地貌”才開始成為研究的熱點，廣大學者們認識到與傳統(tǒng)研究手段相比，利用DEM 數(shù)據提取地貌參數(shù)并結合多學科內容進行區(qū)域構造活動及相應地貌響應的定量研究不僅結果更加明顯，而且過程更加可靠。施紫越等［15］利用CiteSpace 分析我國構造地貌學的發(fā)展的研究證實了近10 年來構造地質學、地貌學、氣候學、沉積學等眾多學科正逐步融合進地學領域，投入到構造地貌與地震事件的研究中。2010—2015年，國外地貌參數(shù)研究快速發(fā)展，借助國外已有研究成果結合國內工作，并依托嫦娥探月工程獲取的海量多源遙感數(shù)據，國內學者開展了月球火山作用的研究工作，取得大量月球火山地貌、深部結構等地質特征的研究成果，例如郭鼎［16］依托多元月球軌道探測物質成分信息，結合最新月球探測遙感影像資料，認為月海粗糙度較低，而月陸高地粗糙度較高，驗證了粗糙度在月海玄武巖相對地質年齡研究中的作用。近幾年“陡峭系數(shù)”“裂點”“河流襲奪”“坡度”成為最新突現(xiàn)關鍵詞，國內學者集中研究了坡度、坡向以及徑流算法等方面的內容。劉學軍等［17］研究了坡度、坡向、曲率等坡面因子在不同差分計算模型下的不確定性，分析得出三階不帶權差分算法具備較好的精度。Zhao 等［18］為改進坡度、坡向、地形起伏度等地形因子的算法模型，提出了最佳尺度選擇方法。整體來看，目前國內研究趨勢主要集中在利用地球地貌參數(shù)研究類比分析地外行星地貌特征、利用地貌參數(shù)進行河流地貌的水文分析以及改進相應的算法模型等內容。

3.3 國內外地貌參數(shù)研究發(fā)展趨勢分析

通過對國內外地貌參數(shù)研究趨勢進行分析，結果顯示國內外地貌參數(shù)的研究發(fā)展趨勢如下。

①在不同的構造和氣候營力相互作用下，會形成復雜多樣的地形地貌。構造活動等內營力過程會增加地勢，而氣候變化等外營力過程則通過不斷侵蝕地表，蝕低地勢，使其趨于均衡。區(qū)別于單一學科的研究，將地貌參數(shù)的研究與氣候學、年代學、地理信息科學等學科內容結合，注重多種地貌營力間的相互作用關系，多學科交叉融合下研究構造運動—地形地貌—氣候變化系統(tǒng)能更好地幫助研究者了解研究區(qū)地質狀況及構造活動特征。

②地貌參數(shù)的應用研究在未來仍然是廣大學者的研究熱點。依托各種針對不同地域特點及實際工作需求所提出與改進的算法模型，地貌參數(shù)在提取地形因子等信息時會具備更高的精度、更低的誤差以及更快的處理速度，推動地貌參數(shù)成為各學科領域不可或缺的新型研究工具，發(fā)揮更多重要作用。

③粗糙度作為一種能夠反映天體表面一定范圍內地形起伏和變化的尺度參數(shù)，是地質時期星體表面演化過程的獨特象征，表面坡度和坡度分布為星體表面形態(tài)學的形成和完善機制提供了重要線索。伴隨著地質學、測繪學等多學科的飛速發(fā)展，研究方向不再局限于地球表面地形地貌的研究，更能放眼于月球、火星和太陽系其他行星等星體的研究，基于地貌參數(shù)對地球上地形地貌成因與發(fā)育機理的理論研究，借助類比分析，探討其他行星地貌在形成過程與發(fā)育機制上同地球的差異和相似之處是國內外共同的研究趨勢。

4 結論

①2000—2021 年，國外地貌參數(shù)研究的文獻發(fā)表量存在波動，但大致呈逐年上升趨勢，表明受關注的程度逐漸提高，并且文獻發(fā)表量同時期始終高于國內，而國內在2000—2010年間僅有3篇文獻發(fā)表，從2011 年后發(fā)文量開始增加，但數(shù)量始終較少，大致相當于國外10 年前發(fā)表狀況，證明國內地貌參數(shù)研究不僅起步晚于國外，而且地貌參數(shù)的研究關注程度也弱于國外。

②分析可知，將地貌參數(shù)結合多學科交叉融合后去研究構造運動—地形地貌—氣候變化系統(tǒng)、根據獨特地域特征及工作需求改進地貌參數(shù)的算法模型并提高模型精度、利用現(xiàn)有地球研究的地貌參數(shù)類比分析或提出新型地貌參數(shù)針對性分析月球及火星等星體地貌成因及發(fā)育機理都是未來國內外研究的主要前沿及發(fā)展趨勢。

③國內外都十分重視地貌參數(shù)在地貌學中的綜合應用，在研究內容上存在著共同點也存在著差異，國內相較于國外，研究起步較晚且研究內容稍顯不足，但國內在進行地貌參數(shù)的研究時可以將國外較為成熟的成果作為基礎，進行更進一步的縱向理論研究或者對研究程度不足的區(qū)域進行橫向的實際應用研究。借由國內外研究狀況的比較分析，筆者認為未來國內對地貌參數(shù)的研究存在著較大的努力和發(fā)展空間。