【《产水效应对土地利用变化的响应及时空预测案例分析》1600字】

产水效应对土地利用变化的响应及时空预测案例分析为满足InVEST模型对数据格式和输入类型的要求，本研究对所需数据进行了数据计算和转化等处理，具体操作如下。（1）流域及子流域本研究流域数据是按黄河流域、淮河流域、海河流域划分的三个大流域，子流域数据处理则如下。将在ARCGIS中裁剪好的黄淮海流域DEM数据，然后选用“流向”工具，计算水系流向；再选用“汇”工具，判断是否存在交汇点，若存在则进行“填洼”处理后再次进行“汇”判断，若没有则判定为无凹陷点DEM；最后按照“流向→流量→识别河网→河流链接→出水口→分水岭”步骤，划分河网与黄淮海流域子流域，一共划分出了700个子流域。InVEST模型要求数据格式为*.shp文件，故将流域和子流域数据转换为矢量图层，并在其属性表中分别加入“ws_id”和“subws_id”字段来对不同流域进行标识（每个流域被赋予唯一整数值）。具体如图5-1。图5-1研究区流域划分Fig5-1Watersheddivisionofthestudyarea（2）土地利用数据将通过遥感解译后的土地利用数据利用ARCGIS进行裁剪，得到1980-2010年土地利用分类数据。然后在ARCGIS中将数据转化为同一投影坐标的标准栅格文件，此栅格值必须与生物物理参数表中的土地利用代码一致。其中2000年的土地利用分类图如图5-2所示。图5-2黄淮海流域2000年土地利用分类图Fig5-2LanduseclassificationmapoftheHuanghuaihaiBasinin2000（3）年降水量根据第三章中降水量数据处理流程，对1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年六期黄淮海流域年均降水量数据进行提取，然后转换为标准栅格文件，其中2000年的降水量分布如图5-3所示图5-3黄淮海流域2000年降水量分布图Fig5-3DistributionmapofprecipitationoftheHuanghuaihaiBasinin2000（4）土壤最大深度土壤最大深度数据由全国第二次土壤普查得到的《中国土种志》中黄淮海流域附近的405个典型土壤剖面数据，通过ARCGIS的地统计工具进行普通克里格插值，得到标准栅格文件的黄淮海流域土壤深度栅格分布图，如图5-4所示。图5-4黄淮海流域土壤深度分布图Fig5-4SoildepthdistributionmapintheHuanghuaihaiBasin（5）植物可利用含水率植物可利用含水率是指土壤中为了植物生长所提供的水量所占比例，其数值范围为[0,1]。它是根据《中国土种志》中黄淮海流域附近的405个典型土壤剖面数据中的土壤质地数据计算得出。然后通过ARCGIS的地统计工具进行普通克里格插值，获得了黄淮海流域植物可利用含水率（图5-5）。图5-5黄淮海流域植物可利用含水率分布图Fig5-5DistributionmapofplantavailablewatercontentintheHuanghuaihaiBasin（6）年平均潜在蒸散量InVEST模型估算产水模型中潜在蒸散发数据推荐用Modified-Hargreaves公式计算，通过该公式利用温度、降水、太阳大气顶层辐射数据计算出1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年的潜在蒸散量数据。其中温度为黄淮海流域207个气象站点（与辐射数据站点重合的气象站点）的每日最高温和最低温，降水为利用MATLAB软件计算的207个气象站点的月数据，辐射数据为207个辐射站点的每日地表辐射数据。值得注意的是，由于辐射观测数据存在缺失，所以采用了动态谐波回归DHR的方法对数据进行了补充。动态谐波回归模型是一种非平稳的时间序列分析模型，它利用卡尔曼滤波器和固定区间平滑算法来估计各种分量，并通过一种新颖的频域优化方法来估计随机状态空间模型中的噪声方差比和其他超参数[97]。换句话说，该模型对于自适应季节性调整、信号提取和间隙内插以及预测或回推特别有用，所以可用来对残缺的辐射数据进行补充。接着，将日潜在蒸散量的累加后分别获得年潜在蒸散量。最后，在ARCGIS中利用地统计工具对207个站点的年潜在蒸散量进行普通克里格插值，得到六期年平均潜在蒸散量数据。2000年相关数据如图5-6。图5-6黄淮海流域2000年潜在蒸散量图Fig5-6MapofpotentialevapotranspirationintheHuanghuaihaiBasinin2000（7）生物物理参数表生物物理参数表是带有参数的土地利用类型表，包括了用于该模型工具使用的生物物理系数值，该值的属性主要针对不同类型的土地利用，而非单个栅格单位。本文主要参考了InVEST模型推荐参数、联合国粮农组织作物参考值和他人研究成果[67,81,98]来制定该表。具体的数据如表5-2。表5-2InVEST模型各土地利用类型生物物理参数列表Table5-2ListofbiophysicalparametersofeachlandusetypeintheInVESTmodel土地利用类型地类代码植