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基于遙感及氣象數據的土壤侵蝕敏感性評價的解決方案
土壤侵蝕是指土壤或成(chéng)土母質在外力（水、風）作用下被(bèi)破壞剝蝕、搬運和沉積的過(guò)程。土壤侵蝕是全球環境的災難，他不僅影響了人們的生存和社會(huì)發(fā)展，更限制了全球經(jīng)濟的可持續發(fā)展。三江源地區由于特定的自然環境和脆弱的生态系統，其水土流失問題的研究具有重要意義。土壤侵蝕敏感 性評價是三江源地區生态環境評價的重要部分，它能(néng)夠爲該地區生态保護和建設提供科學(xué)依據。
本方案通過(guò)對(duì)三江源地區土壤侵蝕敏感性的評價來識别容易形成(chéng)土壤侵蝕的區域并進(jìn)行分級。評價主要基于三江源地區自1990 年以來生态環境數據積累，包括用于土壤侵蝕敏感性評價的各項自然 指标數據。在對(duì)該地區的生态狀況進(jìn)行全面(miàn)調查的基礎上，制定了較爲合理的技術路線。根據三江源地區土壤侵蝕類型和特點，本次評價將(jiāng)分水蝕區域和風蝕區域分别進(jìn)行評價，然後(hòu)進(jìn)行綜合制圖。
1、數據準備及預處理
土壤水蝕的影響因素有降雨侵蝕力（R）、土壤質地、土壤可蝕性、地形起(qǐ)伏度和植被(bèi)狀況。其中降雨侵蝕力和植被(bèi)狀況指标随時(shí)間發(fā)生變化，分别有1990、2004 和 2009 年三期數據。
土壤風蝕敏感性的指标主要有土壤質地、土壤可蝕性、地形起(qǐ)伏度、植被(bèi)狀況、風場強度和土壤表層濕度，對(duì)各因子分别評價，然後(hòu)進(jìn)行綜合。本次評價中植被(bèi)狀況、風場強度和土壤表層濕度三項指标随時(shí)間而發(fā)生變化，分别爲1990、2004 和2009 年三期的數據。
2、研究方法
2.1 地形起(qǐ)伏度
利用三江源地區100m 分辨率dem 數據，采用ArcMap 中的空間分析(SpatialAnalyst) 模塊中的鄰域分析(Neighborhood Statistic)工具，以n×n像元的圓形爲模闆算子，對(duì)整個研究區進(jìn)行移動計算, 先計算出n×n像元内的格網最大值maximum，然後(hòu)計算出其領域最小值minimum，再利用模塊中的栅格計算工具(Raster Calculator) 計算最大值與最小值高程差,就(jiù)得到了該n×n窗口的地勢起(qǐ)伏度結果值。可表示爲如下公式:
式中: RF是分析窗口内的地勢起(qǐ)伏度; Hmax是分析窗口内的最大高程值; Hmin是分析窗口内的最小高程值。
2.2 植被(bèi)指标
利用1990、2004 和2009 三期TM 遙感衛星圖像，結合野外調查和人工目視解譯，得到了三江源地區1990 年以來三期土地覆被(bèi)/利用和草地退化狀況數據。然後(hòu)融合三江源地區1:100 萬植被(bèi)覆蓋，我們得到了該地區土壤侵蝕敏感性評價的植被(bèi)狀況指标定級。
2.3 風場強度
風場強度的計算采用美國(guó)農業部土壤風力侵蝕方程 RWEQ 中的相應公式：
式中，W 爲風能(néng)強度因子，單位爲 m3/s3，U 爲離地面(miàn) 2m 高處的風速（10min 最大風速），Uc是 2m 高處的臨界風速，一般設置爲 5m/s。計算結果用 ANUSPLINE 方法進(jìn)行插值得到三江源地區風場強度空間分布。然後(hòu)參考全國(guó)風場強度大小，制定了土壤侵蝕敏感性評價指的風場強度指标定級值域，對(duì)三江源地區的風場強度進(jìn)行分級。
2.4 土壤表層濕度
采用美國(guó)AMSR-E 數據源，經(jīng)處理得到 25km 分辨率的土壤表層濕度數據，然後(hòu)插值成(chéng)1km 分辨率。根據2009 年全國(guó)土壤濕度在 3.69~23.23 範圍内，制定了土壤濕度指标分級值域。
2.5 土壤可蝕性（k）和土壤質地
土壤可蝕性的計算公式爲：
其中 S 爲土壤結構性指數，P 爲土壤可滲透性指數，其值在計算過(guò)程中根據下表判定，S 和P 的取值，對(duì)應不同的土壤類型，取值可能(néng)略有差異。
其中
式中 P1 爲粘粒含量，P2 爲粉粒含量，P3爲細砂粒含量。土壤質地（砂礫、粉粒、粘粒）和有機質數據來自于邵景安博士2007 年在三江源課題組的工作，依據環保部 2003 年制定的《生态功能(néng)區劃 暫行規程》，我們确定了土壤質地指标的敏感性分級。
有學(xué)者對(duì) 23 種(zhǒng)主要土壤的 K 值作了直接的測定，其範圍爲 0.03~0.69，基于此我們對(duì)土壤可蝕性指标進(jìn)行了敏感性分級。
2.6 降雨侵蝕力（R）
利用日降雨資料，以半月爲時(shí)段，建立利用日雨量計算半月侵蝕力的簡易算法模型(章文波, 謝雲 等, 2002) ：
式中，M 是某半月時(shí)段的降雨侵蝕力值 (MJ·mm·hm-2·h-1) ；半月時(shí)段的劃分以每月第15 日爲界，每月前15 天作爲一個半月時(shí)段，該月剩餘天數作爲另一個半月時(shí)段，這(zhè)樣(yàng)將(jiāng)全年依次劃分爲24 個時(shí)段。k 表示半月時(shí)段内的天數；Pj表示半月時(shí)段内第j 天的侵蝕性日雨量，要求日雨量大于等于12mm，否則以0 計算，阈值 12mm 基于中國(guó)侵蝕性降雨标準(謝雲, 劉寶元等, 2000)；α、β是 模型待定參數，根據查找表确定(章文波, 謝雲等, 2002)。三江源地區采用西甯站的參數：α爲0.236，β爲1.835（決定系數爲 0.603，相對(duì)誤差系數爲 0.072）。把每半月降雨侵蝕力求和，經(jīng)單位換算，得到年降雨侵蝕力值，然後(hòu)依據環保部 2003 年制定的《生态功能(néng)區劃暫行規程》進(jìn)行分級。
2.7 土壤侵蝕敏感性綜合評價
土壤侵蝕敏感性指數計算主要采用開(kāi) N 次方的形式進(jìn)行，然後(hòu)根據得到的敏感性指數賦予不同的等級。
式中：SSj 爲 j 空間單元土壤侵蝕敏感性指數；Ci爲 i 因素敏感性等級值。
3、模拟結果與分析
基于以上分析，得到三江源地區土壤侵蝕敏感性評價的結果并對(duì)結果進(jìn)行分析。主要分析如下：
（1）三江源地區土壤侵蝕敏感性的空間格局（如下圖）
（2）三江源地區三個時(shí)期土壤侵蝕敏感性變化
（3）三江源地區不同流域土壤侵蝕敏感性差異分析
（4）分縣土壤侵蝕敏感性差異分析
（5）三江源地區不同退化區土壤侵蝕敏感性差異分析
（6） 三江源地區土壤侵蝕驅動力分析
三江源地區1990年土壤侵蝕敏感性的空間分布
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