利用歷史航空照片估計年代際利吉惡地侵蝕型態

Abstract

地形演育是一個地貌形成的過程，而侵蝕是改變地形重要的因子之一。地形學家透過各種測量方法去了解一個地方侵蝕的過程，以了解它如何形塑成現今的地貌，並釐清其影響因素。在造山作用的長時間尺度下，地表作用會影響水系型態的發育、氣候型態、碳循環，以及生物多樣性的變化。現今地形作用的短時間尺度下，侵蝕除了會增加地震活動的頻率，觀測幾十年穩定的侵蝕模式對於人類活動、土地利用及減災和預防災害上都扮演著重要的角色。因此，高空間解析度的侵蝕觀測資料對於短期侵蝕觀測非常重要。 台灣在歐亞板塊與菲律賓海板塊的聚合下形成弧陸碰撞，除了造山運動活躍，台灣的侵蝕率也非常高，觀測侵蝕非常重要。然而，觀測台灣短期侵蝕的方法主要以集水區和水系侵蝕為主，空閒解析度較受限制，因此探討一個可以觀測台灣年代際大面積高解析度的侵蝕資料非常重要。隨著電腦視覺技術的發展，使用運動回復結構於地形觀測開始被關注，若結合台灣於1940年代開始出現的歷史航空照片則有非常大的潛力還原過去地表地形地貌，並估計高空間解析度的侵蝕變化。 本研究使用1956年至1993年歷史航空照片，觀測台灣東部利吉惡地年代際侵蝕模式。利吉惡地構造活動活躍，且岩性易被侵蝕的優勢，適合作為本研究的觀測區域。在進行歷史航空照片三維建模後，本研究能產製出整體精度誤差低於3.1公尺的三維地表模型。透過估算，利吉惡地的侵蝕率約為6.6 ± 1.4 cm/yr 至23.2 ± 1.4 cm/yr。相較於不在河岸邊的利吉惡地區域，在卑南溪沿岸邊坡侵蝕更加明顯。因此，利吉惡地侵蝕除了降雨，河流作用應為主要侵蝕來源之一。

Detecting the present-day erosion is one main factor for landscape evolution. Therefore, it is important to have a few decades and high spatial resolution data to detect the steady erosion pattern of the landscape. However, present-day observations cannot provide high spatial coverage and spatial resolution erosion because the present-day erosion methods focus on either catchment-wide sedimentation or in-situ incision erosion observation at a certain location. Thus, we aim to discuss a method that can detect multidecadal timescale erosion with high spatial resolution. With the development of Structure from Motion (SfM) photogrammetry, combined with the historical aerial photos becomes possible to reconstruct old topography without complicated procedures and numerous input parameters. We generate 5 periods of digital surface models (DSMs) from 1956 to 1993 by using historical aerial photos and SfM photogrammetry in Lichi Badland, which is the bare land of Lichi Mélange and presents high erosion. The result shows that the error of the DSMs derived by the SfM method and historical aerial photos is within 3.1m. We use the DEMs of Difference (DoD) method to detect the topographic change of Lichi Badland, and we estimate Lichi Badland erosion rate in 50 years are 6.6 ± 1.4 cm/yr (tributary) and 23.2 ± 1.4 cm/yr (riverside). From the distribution of Lichi Badland, we found that the slope retreat is significantly distributed beside the Peinan River.