تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحلیل بعد فرکتال و خصوصیات مورفومتریک نمونه هایی از لندفرم های ایران

نویسندگان
دانشگاه خوارزمی
چکیده
بسیاری از لندفرم ها حالت فرکتال و خودهمانندی دارند. بین بعد فرکتال و خصوصیات فرم و فرآیند نیز روابط معنی داری وجود دارد. هدف پژوهش محاسبه بعد فرکتال لندفرم های نمونه ای کلان ایران و بررسی روابط همبستگی بین بعد فرکتال و برخی خصوصیات مورفومتریک آنهاست. با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی ایران و در قالب اندازه های متفاوت پیکسل 30، 90 و 200 متر، منحنی میزان های توپوگرافی واحدهای لندفرمی متفاوت نمونه ای ایران شامل کوهستان، تپه ، فلات ، دشت دامنه ای ، واریزه کوهرفتی و مخروطه افکنه، ترسیم و ابعاد فرکتال آنها از طریق روش شمارش جعبه، محاسبه شد. خصوصیات مورفومتریک لندفرم ها مربوط به 4 معیار (ارتفاع، شیب، انحنای پروفیل و انحنای پلانی متریک) و شاخص های (بیشینه، میانگین، انحراف معیار) و بعد فرکتال آنها ازطریق نرم افزار ArcMap به صورت جداگانه برآورد شدند. نتایج نشان داد که بعد فرکتال در لندفرم ها، از 06/1 در مخروط افکنه ها تا 17/1 درکوهستان متفاوت است. به طور کلی بعد فرکتال از کوهستان به سمت دشت کمتر می شود و بین بعد فرکتال با فرم و فرآیند رابطه وجود دارد به طوریکه لندفرم های کوهستانی، مرتفع و شیب دار بعد فرکتال بزرگتری دارند و فرآیندهای شستشو، حرکت توده ای و فرسایش آبی در آنها بیشتر است، درحالیکه در لندفرم های پست و شیب کم با بعد فرکتال کوچکتر فرآیندهای نهشته گذاری غلبه بیشتری دارد. هرچه پیکسل های نقشه ای بزرگتر شوند، ضریب همبستگی بین شاخص ها و بعد فرکتال کمتر می شود. این پژوهش می تواند زمینه را برای تحقیقات بعدی هندسه فرکتالی در عرصه های جغرافیا، ژئومورفولوژی، زمین شناسی، محیط زیست و سایر علوم زمین مهیا و هموارتر سازد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Calculation of fractal dimension and its relation to some morphometric characteristics of Iranian landforms

نویسندگان English

Mitra Saberi
Amir Karam
Parviz Zeaiean
Ali Ahmadabadi
University of Kharazmi
چکیده English

many geomorphic landforms have fractal structures and their formation and transformation can be explained by mathematical relations. The purpose of this study is to identify and analyze the fractal behavior of landforms of macro geomorphologic regions of Iran,as well as studying and analyzing topographic and landform characteristics based on fractal relationships, and also, analyzing the characteristics of dominant geomorphologic processes based on the theory of fractals. In this study, the contour lines of different landforms of Iran (according to the territorial types) including mountains,hills, plateaus, Plain Domains, Fan Breakout, fan alluvial, for pixel sizes of 30,90,200 m, were drawn and their fractal dimension was estimated by using the box-counting method. The morphometric characteristics of the landforms and their fractal dimensions with indexes (max, mean and standard deviation) related to the five variables (height, gradient, profile curvature and planar curvature of the metric) were analyzed by Arc GIS software at each layer.After investigating their correlation with the fractal dimension, the regression analysis was performed binary and the relationship between the fractal dimension,topography, landforms and processes was analyzed. The fractal dimension has the highest correlation coefficient with the gradient and the standard deviation indices, and the lowest coefficient with the profile curvature and the mean index Moreover, for larger pixel sizes, the correlation coefficient decreases between the indices and the fractal dimension.This research can provide a ground for further research on fractal geometry in geography, geomorphology, geology, environment and other Earth sciences.

کلیدواژه‌ها English

Geomorphology
Topography
Fractal geometry
Box Counting
landform
- Abedini. mj ,Shaghaghian. M.r. 2009. Exploring scaling laws in surface topography . Journal of  Chaos Solitons & Fractals. 424 : 103-121. doi.org/10.1016/j.chaos.2009.03.121
- Angeles. G., Perillo, G., Pierini, J., 2004. Fractal analysis of tidal channels in the Bahı́a Blanca Estuary Argentina, Geomorphology, 57 3–4 : 263-274. DOI: 10.1016/S0169-555X(03)00106-5
- Cook, R. U. and Doornkamp, J. C., 1998 - Geomorphology in Environment Management, V. 1, translated by Shapur Gudarzinejad, SAMT Publishing House, P 9.
- Chase, C.G., 1992. Fluvial landsculpting and the fractal dimension of topography. In: R.S. Snow and L. Mayer Editors , Fractals in Geomorphology. Geomorphology, 5: 39-57. doi.org/10.1016/0169-555X(92)90057-U.
- Donadio, C., Magdaleno, F., Mazzarella, A., Kondolf, G. M., 2014 , "Fractal dimension of the hydrographic pattern of three large rivers in the Mediterranean morphoclimatic System: geomorphologic interpretation of Russian USA , Ebro Spain and Volturno Italy Fluvial Geometry", Pure and Applied Geophysics, 172: 1975-1984. doi.org/10.1007/s00024-014-0910-z
- Gupta, V. K., Mesa, O. J., 2014 , "Horton laws for hydraulic–geometric variables and their scaling exponents in self-similar Tokunaga river networks", Nonlin, Processes Geophycs, 21: 1007-1025. doi:10.5194/npg-21-1007-2014
- Kiran M. Kolwankar and Nakul N. Karle. 2014. A simple method to estimate fractal dimension of mountain surfaces, arXiv:1412.2747v1 [physics.geo-ph] 8 https://arxiv.org/abs/1412.2747.
- Lovejoy, S. and D. Schertzer 1990. Multifractals, universality classes and satellite and radar mea surements of cloud and rain _elds, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 95 D3: 2021-2034. doi.org/10.1029/JD095iD03p02021
- Nikora, V. I., 1991 , "Fractal structures of river plan forms", Journal of Water Resources Research, 27: 1327–1333. doi.org/10.1029/91WR00095
- Ouchi, S. and Matsushita, M., 1992. Measurement of self-affinity on surfaces as a trial application of fractal geometry to landform analysis. In: R.S. Snow and L. Mayer (Editors), Fractals in Geomorphoiogy. Journal of Geomorphology, 5:115-130. doi.org/10.1016/0169-555X(92)90060-2.
- Rodriguez, I., Rinaldo, A., 1997. "Fractal River Basins: Chance and Self-Organization", Cambridge Univ. Press, Cambridge: Cambridge university.