教你用Matlab画出高水准研究区地形图- 大数跨境

Ai尚研修

2026-11-01

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研究区域概况图是学位论文的“第一张脸”。一张清晰、专业、信息丰富的区域图，不仅能让审稿人快速定位研究范围，更能体现作者的科研素养。本文以中国西北干旱区为例，介绍如何利用Matlab及m_map工具箱，从零开始绘制可直接用于博士论文的研究区DEM地形图。

一、研究区概况图的重要性

在学位论文或SCI期刊中，研究区域概况图（Study Area Map）主要承担三重功能：

空间定位：直观展示研究区在全国或全球的位置；
地形表达：通过DEM高程渲染，呈现研究区的地貌特征；
信息叠加：支持叠加站点、流域边界、植被类型等矢量数据。

针对常见制图问题（如色带不专业、边界粗糙、标注混乱等），掌握Matlab结合m_map工具箱的方法，可高效制作媲美ArcGIS效果的科研级地图。

二、案例区域：中国西北干旱区

本文选取西北干旱区作为制图对象。该区域位于贺兰山—乌鞘岭以西、祁连山—昆仑山以北，涵盖新疆全境及河西走廊，约占国土面积四分之一。

地理特征	具体描述
经纬度范围	约73°E–108°E，34°N–50°N
地貌格局	“三山夹两盆”（阿尔泰山、天山、昆仑山；准噶尔盆地、塔里木盆地）
气候特征	深居内陆，降水稀少，荒漠广布
核心问题	水资源短缺是制约社会经济发展的首要自然因素

该区域地形起伏剧烈、地貌类型多样，非常适合作为DEM制图的典型案例。

三、数据准备

1. 高程数据

推荐使用 ETOPO2（2弧分分辨率）或 SRTM 数据。本文以ETOPO2的NetCDF格式为例：

文件：ETOPO2v2g_f4.nc
变量：z（高程，单位：米）、x（经度）、y（纬度）

2. 边界矢量

准备研究区边界Shapefile，例如 China_WN1.shp，用于精确裁剪绘图范围。

3. 色带文件

建议准备一套适合地形表达的自定义色带（如ArcGIS风格的 colorsave.mat），以弥补Matlab默认色带的不足。

四、Matlab完整绘图代码

以下为优化后的完整脚本，注释清晰，便于移植到其他研究区：

%% ============================================================%  研究区域DEM地形图绘制脚本%  适用：中国西北干旱区（73°E-108°E, 34°N-50°N）%  工具：Matlab + m_map工具箱%% ============================================================
clc; clear; close all;
%% 1. 读取高程数据hgtFile = './ETOPO2v2g_f4.nc';lon_all = ncread(hgtFile, 'x');   % 全球经度lat_all = ncread(hgtFile, 'y');   % 全球纬度dem_all = ncread(hgtFile, 'z');   % 全球高程
%% 2. 裁剪研究区范围latLim = [34, 50];   % 纬度边界lonLim = [73, 108];  % 经度边界
idxLat = find(lat_all >= latLim(1) & lat_all <= latLim(2));idxLon = find(lon_all >= lonLim(1) & lon_all <= lonLim(2));
lat = lat_all(idxLat);lon = lon_all(idxLon);dem = dem_all(idxLon, idxLat);  % 注意维度顺序
%% 3. 初始化地图投影m_proj('Equidistant Cylindrical', ...       'longitude', lonLim, ...       'latitude',  latLim);
%% 4. 绘制DEM填充图m_contourf(lon, lat, dem', 2000, 'LineStyle', 'none');
%% 5. 叠加研究区边界bound = shaperead('xibeiganhanqu/China_WN1.shp');m_line([bound.X], [bound.Y], 'Color', 'k', 'LineWidth', 0.8);
%% 6. 加载自定义色带load colorsave.mat;colormap(colorsave);
%% 7. 添加Colorbar并美化c = colorbar('eastoutside', 'TickLength', 0);clim([0, 6000]);set(get(c, 'YLabel'), 'String', '高程 (m)', ...    'FontSize', 10, 'FontWeight', 'bold');
% 调整colorbar宽度，避免挤压主图ax = gca;axPos = ax.Position;c.Position(3) = 0.5 * c.Position(3);ax.Position = axPos;
% 给colorbar两端加箭头（需cbarrow函数）cbarrow;
%% 8. 添加经纬网格m_grid('YTick', 34:4:50, ...       'XTick', 73:5:108, ...       'TickDir', 'out', ...       'LineStyle', 'none', ...       'FontName', 'Times New Roman', ...       'FontSize', 12, ...       'LineWidth', 1.5);
%% 9. 添加标题title('中国西北干旱区数字高程模型 (DEM)', ...      'FontSize', 12, 'FontWeight', 'bold');
%% 10. 保存输出（可选）% print('-dpng', '-r300', 'NW_Arid_Region_DEM.png');

五、进阶美化技巧

基础图完成后，可根据论文需求叠加更多信息层：

1. 标注关键子区域

在图中用文字标注北疆、南疆、河西走廊、天山、伊犁等地名，帮助读者建立空间认知：

% 在对应坐标位置添加文字标注m_text(85, 46, '北疆', 'FontSize', 11, 'FontWeight', 'bold', 'Color', 'k');m_text(82, 39, '南疆', 'FontSize', 11, 'FontWeight', 'bold', 'Color', 'k');m_text(100, 40, '河西走廊', 'FontSize', 11, 'FontWeight', 'bold', 'Color', 'k');m_text(80, 43.5, '天山', 'FontSize', 10, 'FontWeight', 'bold', 'Color', 'k');

2. 局部放大图

若论文聚焦于某个子区域（如伊犁河谷），可单独输出放大图：

% 伊犁河谷局部放大latYL = [42, 45];lonYL = [80, 85];m_proj('Equidistant Cylindrical', 'longitude', lonYL, 'latitude', latYL);% ...（后续绘图命令同上，只需更换范围即可）

3. 叠加水系/站点

若有河流或气象站点数据，可用 m_line 或 m_plot 进行叠加，丰富地图信息维度。

六、出图检查清单

将图片插入论文前，建议逐项核对：

[ ] 经纬度标注是否完整？格式是否统一（如73°E）？
[ ] Colorbar是否有单位？（高程→m / 海拔→m）
[ ] 研究区边界是否闭合、无断裂？
[ ] 色带是否适合地形表达？（低海拔到高海拔颜色过渡自然）
[ ] 字体是否为Times New Roman或期刊要求的字体？
[ ] 分辨率是否满足期刊要求？（建议≥300 dpi）

七、推荐参考文献

如需在论文中引用西北干旱区相关背景，以下文献可供参考：

《中国西北干旱区水资源与生态环境研究报告》
The dominant warming season shifted from winter to spring in the arid region of Northwest China
Potential risks and challenges of climate change in the arid region of northwestern China
Spatiotemporal evolution and driving factors analysis of fractional vegetation coverage in the arid region of northwest China
Temporal and spatial changes of extreme precipitation and its related large-scale climate mechanisms in the arid region of Northwest China during 1961–2022
《伊犁河谷草地水分利用效率时空变化及其对气候因子的响应》