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

周書賢

（新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830017）

0 引言

地貌參數(shù)可以對構(gòu)造地貌進(jìn)行定量化表述，進(jìn)而分析地貌形態(tài)的演化過程及新構(gòu)造運(yùn)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(jì)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(jìn)行相應(yīng)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(xué)定量分析的廣泛采用，不同類型的地貌參數(shù)得以在構(gòu)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(shí)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(gòu)造活動在水平及垂直方向上的可靠位移分量數(shù)據(jù)，還可識別隆升強(qiáng)烈地區(qū)，在構(gòu)造活動特征的研究中發(fā)揮重要作用［5］。隨著國內(nèi)外學(xué)者對地貌參數(shù)的廣泛研究，相應(yīng)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(lǐng)域研究必不可少的條件，基于傳統(tǒng)方法進(jìn)行文獻(xiàn)的分析研究難以在海量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)與分析國內(nèi)外研究內(nèi)容的異同，而陳悅等［6］基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)開發(fā)的CiteSpace軟件通過可視化的計(jì)量方式直觀表現(xiàn)科研成果時間與空間上的分布、熱點(diǎn)關(guān)鍵詞的聚類等內(nèi)容，對文獻(xiàn)分析提供了快捷、準(zhǔn)確的幫助。當(dāng)前，少有學(xué)者通過可視化的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)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(nèi)外地貌參數(shù)2000—2021 年相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索篩選，借由CiteSpace軟件進(jìn)行信息可視化處理，以期明確國內(nèi)外地貌參數(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)及趨勢，助推我國地貌參數(shù)研究進(jìn)展。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

考慮研究的準(zhǔn)確性和可靠性，本研究選取國內(nèi)外發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊的文獻(xiàn)作為檢索對象。外文文獻(xiàn)來源于Web of Science 數(shù)據(jù)庫（以下簡稱WOS）核心數(shù)據(jù)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(jīng)文獻(xiàn)檢索及手動識別、篩選后整理得到547 篇相關(guān)外文文獻(xiàn)。中文文獻(xiàn)來源于中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫，以“地貌指數(shù)+地貌參數(shù)+地貌分析+構(gòu)造地貌學(xué)”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(jìn)行檢索，文獻(xiàn)檢索之后手動進(jìn)行識別、剔除不相關(guān)文獻(xiàn)，最終獲得86篇中文相關(guān)文獻(xiàn)。

本研究采用文獻(xiàn)計(jì)量方法，通過CiteSpace 軟件對上述檢索內(nèi)容進(jìn)行年份統(tǒng)計(jì)、關(guān)鍵詞突現(xiàn)等科學(xué)的量化分析，探討國內(nèi)外研究進(jìn)展及存在的異同。

2 地貌參數(shù)研究信息統(tǒng)計(jì)

地貌參數(shù)相關(guān)研究的文獻(xiàn)發(fā)表量是研判該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)與發(fā)展前沿的重要指標(biāo)?；赪OS 以及CSCD中檢索及篩選后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到國內(nèi)外地貌參數(shù)2000—2021 年相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表狀況，如圖1所示。

圖1 地貌參數(shù)研究文獻(xiàn)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(xiàn)的發(fā)表量較低，2008—2017年處于發(fā)展期，文獻(xiàn)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(xiàn)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(nèi)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(chǔ)的宏觀地貌參數(shù)的計(jì)算方法，但并未深入研究。此后直至2010 年，國內(nèi)的研究始終相對薄弱。2011 年以后，隨著國內(nèi)對DEM 數(shù)據(jù)以及GIS 技術(shù)的了解和運(yùn)用逐漸豐富，地學(xué)界開始關(guān)注利用地貌參數(shù)對地貌進(jìn)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(dāng)于國外10年前發(fā)文量狀況。

3 國內(nèi)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(guān)鍵詞在定義上表示某一時期內(nèi)，受到學(xué)者們大量關(guān)注并且出現(xiàn)頻次突增的關(guān)鍵詞［9］，從一定程度上可以表示該時期相關(guān)研究的前沿及趨勢。對WOS 數(shù)據(jù)進(jìn)行突現(xiàn)分析，得到國外地貌參數(shù)2000—2021 年相關(guān)研究的突現(xiàn)關(guān)鍵詞結(jié)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(guān)鍵詞

由表1 可知，2000—2021 年突現(xiàn)強(qiáng)度最高的關(guān)鍵詞為“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”，突現(xiàn)年份持續(xù)最久的關(guān)鍵詞為“實(shí)例”，且這兩個突現(xiàn)關(guān)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(yīng)用于各類構(gòu)造實(shí)例的研究中，為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的發(fā)展提供有效助力。中期“速率”“地表抬升”“基巖凸起”等關(guān)鍵詞突現(xiàn)，這一時期，廣大國外學(xué)者通過研究認(rèn)定在基巖山區(qū)流域盆地相應(yīng)的侵蝕地貌能很好地保留103～106a 時期內(nèi)構(gòu)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(guān)系響應(yīng)［11］，地貌參數(shù)被大量用于地貌信息的分析研究當(dāng)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(diǎn)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(gòu)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(gòu)造活動的差異和氣候變化等內(nèi)外營力作用下形成的自身特征，獨(dú)特的地形地貌反映了不同的氣候變化與構(gòu)造活動長期復(fù)合影響下的結(jié)果［13］。得益于低溫?zé)崮甏鷮W(xué)和宇宙成因核素等測年方法的進(jìn)步以及遙感技術(shù)的提高，利用地貌參數(shù)研究構(gòu)造運(yùn)動—地形地貌—?dú)夂蜃兓到y(tǒng)的研究得以發(fā)展，本質(zhì)上來說，構(gòu)造地貌學(xué)與氣候?qū)W、地球物理學(xué)、地理信息科學(xué)等多學(xué)科的交叉融合豐富了研究的多樣性和準(zhǔn)確性，如何將眾多學(xué)科內(nèi)容結(jié)合地貌參數(shù)進(jìn)行研究是國外主要的研究趨勢。

3.2 國內(nèi)地貌參數(shù)研究前沿動態(tài)

對中文文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞突現(xiàn)得到結(jié)果如表2所示。由表2 可知，2000—2021 年國內(nèi)地貌參數(shù)相關(guān)研究突現(xiàn)強(qiáng)度最高的關(guān)鍵詞為“構(gòu)造地貌”。

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

2010 年以前國內(nèi)關(guān)于地貌參數(shù)較為科學(xué)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(jì)算方法。王隨繼等［14］進(jìn)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(gòu)造運(yùn)動”和“構(gòu)造地貌”才開始成為研究的熱點(diǎn)，廣大學(xué)者們認(rèn)識到與傳統(tǒng)研究手段相比，利用DEM 數(shù)據(jù)提取地貌參數(shù)并結(jié)合多學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行區(qū)域構(gòu)造活動及相應(yīng)地貌響應(yīng)的定量研究不僅結(jié)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(gòu)造地貌學(xué)的發(fā)展的研究證實(shí)了近10 年來構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、氣候?qū)W、沉積學(xué)等眾多學(xué)科正逐步融合進(jìn)地學(xué)領(lǐng)域，投入到構(gòu)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(jié)合國內(nèi)工作，并依托嫦娥探月工程獲取的海量多源遙感數(shù)據(jù)，國內(nèi)學(xué)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(jié)構(gòu)等地質(zhì)特征的研究成果，例如郭鼎［16］依托多元月球軌道探測物質(zhì)成分信息，結(jié)合最新月球探測遙感影像資料，認(rèn)為月海粗糙度較低，而月陸高地粗糙度較高，驗(yàn)證了粗糙度在月海玄武巖相對地質(zhì)年齡研究中的作用。近幾年“陡峭系數(shù)”“裂點(diǎn)”“河流襲奪”“坡度”成為最新突現(xiàn)關(guān)鍵詞，國內(nèi)學(xué)者集中研究了坡度、坡向以及徑流算法等方面的內(nèi)容。劉學(xué)軍等［17］研究了坡度、坡向、曲率等坡面因子在不同差分計(jì)算模型下的不確定性，分析得出三階不帶權(quán)差分算法具備較好的精度。Zhao 等［18］為改進(jìn)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(nèi)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(jìn)行河流地貌的水文分析以及改進(jìn)相應(yīng)的算法模型等內(nèi)容。

3.3 國內(nèi)外地貌參數(shù)研究發(fā)展趨勢分析

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

①在不同的構(gòu)造和氣候營力相互作用下，會形成復(fù)雜多樣的地形地貌。構(gòu)造活動等內(nèi)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(xué)科的研究，將地貌參數(shù)的研究與氣候?qū)W、年代學(xué)、地理信息科學(xué)等學(xué)科內(nèi)容結(jié)合，注重多種地貌營力間的相互作用關(guān)系，多學(xué)科交叉融合下研究構(gòu)造運(yùn)動—地形地貌—?dú)夂蜃兓到y(tǒng)能更好地幫助研究者了解研究區(qū)地質(zhì)狀況及構(gòu)造活動特征。

②地貌參數(shù)的應(yīng)用研究在未來仍然是廣大學(xué)者的研究熱點(diǎn)。依托各種針對不同地域特點(diǎn)及實(shí)際工作需求所提出與改進(jìn)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(xué)科領(lǐng)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(nèi)地形起伏和變化的尺度參數(shù)，是地質(zhì)時期星體表面演化過程的獨(dú)特象征，表面坡度和坡度分布為星體表面形態(tài)學(xué)的形成和完善機(jī)制提供了重要線索。伴隨著地質(zhì)學(xué)、測繪學(xué)等多學(xué)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(jī)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(jī)制上同地球的差異和相似之處是國內(nèi)外共同的研究趨勢。

4 結(jié)論

①2000—2021 年，國外地貌參數(shù)研究的文獻(xiàn)發(fā)表量存在波動，但大致呈逐年上升趨勢，表明受關(guān)注的程度逐漸提高，并且文獻(xiàn)發(fā)表量同時期始終高于國內(nèi)，而國內(nèi)在2000—2010年間僅有3篇文獻(xiàn)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(dāng)于國外10 年前發(fā)表狀況，證明國內(nèi)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(guān)注程度也弱于國外。

②分析可知，將地貌參數(shù)結(jié)合多學(xué)科交叉融合后去研究構(gòu)造運(yùn)動—地形地貌—?dú)夂蜃兓到y(tǒng)、根據(jù)獨(dú)特地域特征及工作需求改進(jìn)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(jī)理都是未來國內(nèi)外研究的主要前沿及發(fā)展趨勢。

③國內(nèi)外都十分重視地貌參數(shù)在地貌學(xué)中的綜合應(yīng)用，在研究內(nèi)容上存在著共同點(diǎn)也存在著差異，國內(nèi)相較于國外，研究起步較晚且研究內(nèi)容稍顯不足，但國內(nèi)在進(jìn)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(chǔ)，進(jìn)行更進(jìn)一步的縱向理論研究或者對研究程度不足的區(qū)域進(jìn)行橫向的實(shí)際應(yīng)用研究。借由國內(nèi)外研究狀況的比較分析，筆者認(rèn)為未來國內(nèi)對地貌參數(shù)的研究存在著較大的努力和發(fā)展空間。