《水土流失智能监测》课件-课时17 区域风蚀监测

水土流失智能监测Intelligentmonitoringofsoilerosion区域风蚀监测02RWEQ升尺度监测方法目录Contents0103RWEQ升尺度侵蚀计算区域风蚀监测01区域风蚀监测一般地，某一区域由若干个地块组成。土地利用类型、土壤类型、地貌类型存在多元性，使得同一区域存在着属性各异的地块，在空间上相互结合，共同塑造区域基本面貌。区域风蚀监测依托地块风蚀监测，却有独特性。借助对风蚀监测指标在不同类型或地理位置之间变化的分析，展现出地块之间土壤风蚀量动态转移规律与相互作用机制，及土壤风蚀量在区域空间上的分布差异。由于区域风蚀监测面积广袤，直接对每一处进行实地测量，在人力、物力、时间成本上都极难实现，国际通行做法是先聚焦于主要指标监测，再计算这些指标的空间分布，最后利用风蚀模型计算区域风蚀量。区域风蚀监测第一次全国水利普查土壤风蚀监测方法乡级抽样区（10km×10km）县级抽样区（50km×50km）抽样控制区（5km×5km）基本调查单（1km×1km）主要监测：野外调查单元“基本情况”、“地表粗糙度（包括土地利用类型、植被类型和地形状况等）”、“地表覆被状况（包括植被覆盖度和植被平均高度、表土状况等）”信息在风水交错侵蚀区以0.25%密度布设野外调查单元，在风蚀区以0.125%或者0.0625%密度布设野外调查单元。野外调查单元在全国范围内（港、澳、台除外）统一化分四级抽样调查区：区域风蚀监测风速风向整合区域内气象站逐时或逐日四次（线性插值至逐时）风速风向数据，经空间插值生成各风速等级的累积时间栅格数据，涵盖34个1m/s间隔风速等级（5.0-34.9m/s）。地表粗糙度和砾石覆盖依据基础数据、典型地表近景照片、土地利用类型和下垫面特征，采用编程处理获取。表土湿度因子借卫星遥感数据反演表土湿度。大范围（＞百万km²）采用AMSR-E系列多频段亮温数据，中小范围选择MODIS数据。结合预处理流程、数学方程转化计算。植被覆盖度运用卫星遥感技术估算监测区域的植被覆盖度，常用数据源有美国国家航空航天局（NASA）提供的MODISNDVI数据区域风蚀监测土地利用类型图的图层分离与合并对监测区土地利用类型进行合并和分类呈较小斑块状分布分布且人为干扰显著，地表粗糙度均质化，需单独图层直接赋值，无法空间插值；耕地侵蚀阈值差异大但粗糙度赋值逻辑统一，合并为一个单独图层；沙地/草灌地独立图层，无粗糙度赋值。不可侵蚀地归并后类型耕地沙地草（灌）地不可侵蚀土地元类型旱地、水浇地、设施农用地沙地、内陆滩地、盐碱地、裸地（裸岩除外）灌木林地、果园、其他草地、其他林地、其他园地、人工牧草地、天然牧草地、有林地村庄、风景名胜区、公路、铁路用地、沟渠、管道、采矿用地、机场、城镇、坑塘水面、人工建筑用地、河流水面、湖泊、水库水面、沼泽地区域风蚀监测根据不同土地利用类型，模型分为耕地、草（灌）地和沙地3个模型耕地模型

草（灌）地模型

沙地（漠）模型：

区域风蚀监测模型计算流程将土地利用图层拆分整合，将其与下垫面图、植被覆盖度/风力因子/表土湿度因子/地表粗糙度因子空间分布图融合，重采样为栅格数据为并存储ENVI格式。逐个判断每个像元，依据像元类型匹配对应的风蚀计算模型计算风蚀模数，对于非风蚀地，将侵蚀模数标记为Null。在ENVI+IDL编程环境，利用风蚀模型计算程序，逐次计算各风速等级下的像风蚀模数，并且累加得到监测期段内土壤风蚀模数。010203参照《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007）判定风蚀强度等级。04RWEQ升尺度监测方法02RWEQ升尺度监测方法RWEQ模型设计应用的对象为地块风蚀，对于区域风蚀监测和预报，需应对两项关键技术问题12RWEQ模型以地块为基本计算单元﹐与区域风蚀监测所需的宏观空间尺度存在差异，必须对RWEQ模型进行计算空间单元的升尺度处理；RWEQ模型中各个因子构建于美国中西部平原的地理环境，对于中国风蚀区可能存在适配性问题，需要依据本土风蚀区修正气候因子、土壤因子和植被因子等。RWEQ升尺度监测方法其监测指标和方法主要体现在对不同土地利用类型地块的风蚀影响因子修正方面：1、耕地类型风因子值（Wf）基于气象站10m高风速数据转换至2m高土壤湿度因子值（SW）利用降水+潜在蒸发量（或总太阳辐射+平均温度）计算；积雪覆盖度因子值（SD）直接监测或从专业数据库下载气候因子(WF)监测方法同观测场监测计算公式同地块监测土壤可蚀性因子(EF)土壤结皮因子(SCF)监测方法与公式同地块监测联合残茬因子(COG)基于随机粗糙度系数，以及垄高、垄间距和风向与垄向的夹角计算（方法同地块监测）粗糙度因子(K')ArcGIS软件空间插值，输出空间分辨率为250m×250m的栅格数据用于土壤风蚀量预报RWEQ升尺度监测方法2、沙地（漠）和草（灌）地类型ArcGIS软件空间插值，输出空间分辨率为250m×250m的栅格数据用于土壤风蚀量预报计算方法同耕地类型气候因子(WF)土壤可蚀性因子(EF)土壤结皮因子(SCF)临界侵蚀风速参考前人研究成果平铺残茬因子作物覆盖因子直立残茬因子联合残茬因子(COG)植物枯枝落叶覆盖度直立植株覆盖度植株侧影面积计算方法同地块监测粗糙度因子(K')沙地（漠）无土垄存在，仅计算随机粗糙度RWEQ升尺度监测方法3、空间升尺度的处理方法升尺度转换是指将高空间分辨率和小空间范围的信息推绎到低空间分辨率和大空间范围，实现多尺度数据特征的有机整合与层级跃升。升尺度转换采用最多的是空间聚合的方法。用ArcGIS软件将计算获得的各个因子值赋给相应的图层；然后利用矢量数据和点状数据图层生成GIS栅格数据。最后，在软件中整合RWEQ模型算法，将空间研究单元由250m升尺度到区域监测所需要的尺度上。空间升尺度转换过程RWEQ升尺度侵蚀计算03RWEQ升尺度侵蚀计算确定RWEQ模型预报土壤风蚀量时基本输入参数的原则：确定RWEQ模型的独立变量。包括气象、土壤、植被、测点位置等。使用ArcGIS软件，将各独立变量值在空间上赋值，并进行空间插值（间距约250m×250m）。利用第二步获得的各独立变量的矢量数据图层生成栅格数据图层（250m×250m）。计算气候因子、土壤可蚀性因子、土壤结皮因子、土壤粗糙度因子和联合残茬因子的空间值。土地利用类型矢量图也同样进行栅格化处理。基于土地利用类型栅格数据