RWEQ模型——土壤风蚀模拟

详情点击链接：基于“RWEQ+”集成技术在土壤风蚀模拟与风蚀模数估算、变化归因分析中的实践应用及SCI论文撰写

前沿

土壤风蚀是一个全球性的环境问题。中国是世界上受土壤风蚀危害最严重的国家之一，土壤风蚀是中国干旱、半干旱及部分湿润地区土地荒漠化的首要过程。中国风蚀荒漠化面积达160.74×104km2，占国土总面积的16.7%，严重影响这些地区的资源开发和社会经济持续稳定发展。自20世纪80年代以来，土壤风蚀作为沙漠化的首要环节而得到前所未有的重视，相继开展了大量的实验研究工作，揭示了各种因素对风蚀过程的影响，尤其是人为因素对风蚀的加剧作用，并提出了不同地区的风蚀防治措施。中国西部山区生态脆弱，水土流失现象较为严重，威胁着国家的生态安全，当地风蚀模数的估算工作对维护其生态环境可持续发展具有一定意义。

第一:基础

1、土壤侵蚀的基本原理

1.1 土壤侵蚀:在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下，土壤、土壤母质被破坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程。

1.2 土壤侵蚀的分类：水力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和风力侵蚀等。

1.3 土壤侵蚀的危害及原因：中国山地丘陵面积广，地形起伏大，地面组成物质疏松深厚，降雨强度大，垦殖历史久，植被覆盖率低等，都是引起土壤侵蚀的重要因素。多种因素的不同组合，决定着土壤侵蚀的类型、程度、区域分布以及潜在危险的大小等。

2、土壤风蚀模型

2.1 土壤风蚀发生的机理

2.2 土壤风蚀的影响因子：1）风速；2）地表土壤物理特性；3）地表覆盖及粗糙度状况.

2.3 土壤风蚀评估模型：

2.4 风蚀方程模型（Wind Erosion Equation, WEQ）

风蚀方程模型（WEQ）由Woodruff和Siddoway在1965年提出，旨在分析田间地表情况和田间管理措施对侵蚀速率的影响,进而有效防治农田的风力侵蚀。WEQ用于预报美国的农田的年风蚀量(kg/ha-1)。

WEQ 是第一个用于估算田间年风蚀量的模型，其中包含5组11个变量：气候因子、土壤可蚀性、土壤表面粗糙度、田块长度、以及作物残留物。其中土壤可蚀性与气候因子是最重要的因变量。

WEQ可用下式表示：

E=f(I,K,C,L,V)

其中，E为年风蚀量( t / acre， 1 acre= 4046 .86m2) ; f为函数关系;Ⅰ为土壤可蚀性( t / acre) ; K为土壤糙度因子; C为气候因子; L为田块裸露长度( ft, 1 ft =30 .48 cm); V为植被因子。

2.5 修正风蚀方程模型（Revised Wind Erosion Equation, RWEQ)

修正的风蚀方程 (revised wind erosion equation, RWEQ)是一种以较高时空分辨率对区域土壤风蚀状况进行长时间序列估算, 从而有效预测风蚀量的模型, 可以为土地沙化防治提供依据。

第二:平台基础

1、ArcGIS软件及安装、常用功能

1.1 ArcGIS版本，安装；

1.2 ArcGIS软件界面，常用功能；

1.3 ArcGIS工作空间环境设置

2、ArcGIS空间分析与制图

2.1 ArcGIS如何定义坐标系

2.2 ArcGIS空间分析

在ArcGIS软件的空间分析工具箱中，提供了大量的栅格数据处理工具，其中对栅格数据进行平滑处理的工具在去除图像上的椒盐噪音的处理中有非常重要的作用

（1）提取分析：按属性或空间位置提取、按像元值提取；

（2）地图代数：地图代数语言规则；

（3）局部分析：栅格数据叠合分析、像元统计、分级、频数取值；

（4）邻域分析：邻域形状、邻域统计类型、点统计；

（5）区域分析：分区几何统计、分区统计、面积制表、区域直方图；

（6）插值分析：反距离权重法、自然邻域法、趋势面法、样条函数法、克里金法；

（7）采样与重采样：渔网分析、随机点采样、重分类、查找表等；

2.3 ArcGIS版面设计

2.3.1 ArcGIS基础地图服务使用：配置地图服务器；在线地图添加与使用

地图、鹰眼图、范围指示器、格网、表格、图表等的制作与设计。

2.3.2 过去踩过的那些坑—常见错误和使用注意事项等

第三:RWEQ模型数据支持

1.矢量数据的获取与预处理

1.1 矢量数据的认识

1.2 矢量数据创建、转换、编辑

2.栅格数据的获取与预处理

2.1 栅格数据的认识

2.2 栅格数据的输入、输出及转换

2.3 空间分辨率的认识

2.4 栅格数据重采样

3.遥感云平台数据获取

3.1 遥感云平台数据

3.2 遥感云平台基本语法

3.3 遥感云平台数据获取

4.NetCDF数据的获取与处理

4.1 NC数据的认识与读取

4.2 ArcGIS模型构建器的组成

4.3 ArcGIS新建工具箱与自定义工具

5.基于Python的气象数据的获取与处理

5.1 气象数据

5.2 Python开发环境搭建

5.3 Python代码库的安装与讲解

5.4 对文本、矢量、栅格等文件进行读写操作

5.5 Python数据清洗

5.6 文本数据与栅格数据的转换

5.7 NC数据与*.TIF数据的转换

5.8 批量数据投影定义与转换

第四:RWEQ模型参量提取

1、气候因子WF提取

风速、气温、降雨、日照辐射以及雪盖天数等气候状况都会影响土壤风蚀模数，其共同组成了气候因子。

气候因子WF表征了在考虑降雨、温度、日照及雪盖等因素的条件下风力对土壤颗粒的搬运能力，其表达式如下

式中，WF为气象因子（kg/m）；WE为风场强度因子（m3/ s3），由监测风速μ2（m /s）、起沙风速μ1（假定为5 m/ s）和观察周期天数 Nd 计算得到；ρ 为空气密度（kg /m3 ），由海拔高度 EL（km）和绝对温度 T（K）计算得到；g 为重力加速度（m/s2）；S为土壤湿度因子（无量纲）；R为降雨量（mm）；I为灌溉量（mm）；Rd为降雨次数和（或）灌溉天数；ETP为地表潜在相对蒸发量（mm），由太阳辐射SR（cal /cm2 ）和平均温度 DT（℃）计算得到；SD为雪覆盖因子（无量纲）；P为计算时段内积雪覆盖深度（Hsnow）大于25.4 mm的概率。

Wf因子