火星表面全球河网分布

塔里木盆地主要河流分布

火星、地球二者在河流域河网形态和水文特征上有何不同呢？

本期内容推送一篇关于比较行星学的相关研究，通过对比地球河网和火星河网形态和水文特征参数，分析火星表面流域河网的地形地貌特征，获得对于火星表面古河网形成的直接认识。该研究具有一定的科学意义和价值。

类比研究区概况

EvrosVallis位于火星地形南北分界处附近,呈东西走向，全长约km（图1）。该区域内受到强烈的后期地质改造作用，有些撞击坑坑壁、坑缘以及溅射席上能够观测到水流侵蚀后形成的明显的平形状河谷和冲沟。

图1.火星EvrosVallis范围及MOLA高程

塔里木盆地的流水和风沙地貌与火星上目前观察到的典型地貌十分相似，是一个潜在的可开展火星环境演化和气候变迁等类比研究的理想场所。开都河流域位于盆地东北侧，本文仅以传统的流域中上游地区为研究对象开展比较研究，即图2的上游至大山口水文站这一段。

图2.塔里木盆地开都河流域范围及ASTER高程

数据源及分析方法

主要采用EvrosVallis流域和开都河流域的高程和影像数据。首先基于高分辨率遥感影像人工识别和提取火星EvrosVallis和地球类比区流域内的干流和主要支流的矢量数据；接下来按照图3所示流程提取河网水系，然后进一步计算并比较二者的形态特征参数（包括平均河长、平均弯曲系数、河网密度、河道密度、河道比降、河网分维数等）。

图3.火星EvrosVallis和地球类比区流域河网水系提取流程

结果与讨论

图4为火星EvrosVallis和地球类比区开都河流域河网水系提取结果。从形态上看，二者均具有类似树枝状的水系，说明二者地表抗侵蚀能力较弱。

图4.火星EvrosVallis和地球类比区开都河流域河网水系提取结果

EvrosVallis流域和开都河流域的河网分维数分别为1.63和1.70（表1），说明这两个流域的地貌发育处于幼年期刚结束，壮年期才开始的阶段。但是EvrosVallis流域的河网密度和河道密度远小于开都河流域，说明EvrosVallis流域的整体发育程度小于开都河流域。

表1.火星EvrosVallis和地球类比区开都河流域河网特征参数

图5(a)显示EvrosVallis干流纵剖面中存在局部起伏，但其整体下凹趋势依然十分清晰。图5(b)显示整个开都河干流纵剖面整体形态可划分为两部分。EvrosVallis干流河道纵剖面可被指数函数拟合，开都河干流的两段纵剖面也均可由指数函数拟合，表明两个流域的河流地貌开始逐渐由壮年早期向壮年期过渡，这与前文河网分维数揭示的整个流域的地貌发育处于幼年期刚结束，壮年期才开始的结论相吻合。

图5.火星EvrosVallis和地球类比区开都河流域干流河道纵剖面

此外，EvrosVallis干流中游和下游的河道内还能观察到滩地(图6)以及网状泥裂和壁垒撞击坑(图7)。这些滩地长宽比差异较大，介于1.6—3.4，且可以观察到其形态为非流线型，说明它们为发育程度不高的心滩，这与河网分维数蕴含的地貌发育信息保持一致。

图6.火星EvrosVallis干流河道观察到的心滩（红色圈出）

图7.火星EvrosVallis干流下游河道观察到的泥裂（左）及壁垒撞击坑（右）

结论

(1)EvrosVallis观察到了典型河流地貌，以及其河流平均弯曲系数、分叉比、河长比和河网分维数等综合反映流域整体形态的特征参数与地球上自然形成的流域(如塔里木盆地的开都河流域)的特征参数非常相似，强烈暗示该流域是长期水流冲刷侵蚀形成。

(2)EvrosVallis和开都河流域的地貌发育均处于幼年期刚刚结束，壮年期才开始的阶段，但前者整体发育程度小于后者。

以上研究成果已发表在年第二期《遥感学报》，作者芶盛、岳宗玉、邸凯昌、徐懿。

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