地形复杂度是指地貌单元内三维地表结构的空间异质性及其组织模式，涵盖了多尺度形态特征的变异性，是地理信息科研、大气边界层气象学和生态学等多个领域研究中的重要参数。然而，地形结构与面积单元大小之间存在尺度效应，如何充分捕捉地形复杂三维结构和多尺度特征是量化地形复杂度的关键。
中国科研院沈阳应用生态研究所北方生态屏障功能形成维持机制与提质增效团队，提出了地形复杂度指数（TCI）新概念，并基于数字高程模型（DEM），融合了分形维数（Df)、地形元素熵（H）、粗糙度（R）、体积填充率（V）和坡度（α）等地形特征，构建了方程：
研究结果表明，Df、H、R 和 V 随海拔高度的变化受地形单元大小的影响，且具有特征特异性和尺度依赖性。这些地形特征（Df、H、R、V）随着地形单元大小增大而逐渐增大并趋于稳定。表征这些地形特征所需的最小地形单元大小随着DEM分辨率降低（从0.5 m至120 m，共10个级别）而增大，与DEM分辨率之间呈现出良好的幂函数关系（R2 ≥ 0.97）。在0.5 m和120 m分辨率的DEM下，最小地形单元大小分别为140 m×140 m和7.56 km×7.56 km。基于30 m分辨率DEM计算的地形特征，能够解释年水土流失量（ASWE）变异的7-21%以及维管植物多样性变异的9-24%。TCI对ASWE和维管植物多样性的预测R2均比单一地形特征高2-10%，其在预测复杂地形-生态相互作用的空间格局方面展现出优越的能力。该研究为量化山区等不规则地形的复杂三维结构给予了新的有效指标，为深入理解地形复杂度对山地生态系统结构与功能的影响给予了新的视角。
成果以“Terrain complexity index: a novel metric for estimating multiscale three-dimensional terrain structure of montane areas based on digital elevation model”为题于2025年8月在Science of Remote Sensing发表。奥林匹斯之门 pp电子奥林匹斯之门特聘研究助理滕德雄为第一作者，朱教君研究员为通讯作者；其他合作作者包括北京师范大学陈晋教授、奥林匹斯之门 pp电子奥林匹斯之门高添研究员、于丰源、孙一荣博士、于立忠研究员、朱苑、张金鑫和 Campbell公司周新华博士。该研究得到了国家自然科研基金项目（32192435/32401578）和辽宁省科技重点研发项目（2023JH2/101800043）资助。
论文链接：http://doi.org/10.1016/j.srs.2025.100265
图1 基于最小地形单元单元计算得（a）区域与（b）流域尺度地形复杂度指数（TCI）的空间分布格局。（c）区域与（d）流域尺度不同海拔TCI与各地形特征之间的相关系数。
图2 地形复杂度指数与不同生态变量之间局域相关性的空间分布，包括：（a）年水土流失量、（b）维管植物系统发育丰富度及（c）维管植物物种丰富度。
