土壤風蝕是一個全球性的環境問題。中國是世界上受土壤風蝕危害最嚴重的國家之一，土壤風蝕是中國干旱、半干旱及部分濕潤地區土地荒漠化的首要過程。中國風蝕荒漠化面積達160.74×104km2，占國土總面積的16.7%，嚴重影響這些地區的資源開發和社會經濟持續穩定發展。自20世紀80年代以來，土壤風蝕作為沙漠化的首要環節而得到前所未有的重視，相繼開展了大量的實驗研究工作，揭示了各種因素對風蝕過程的影響，尤其是人為因素對風蝕的加劇作用，并提出了不同地區的風蝕防治措施。中國西部山區生態脆弱，水土流失現象較為嚴重，威脅著國家的生態安全，當地風蝕模數的估算工作對維護其生態環境可持續發展具有一定意義。

土壤侵蝕模型的構建能夠更好地探尋侵蝕的原因，以便對土壤侵蝕進行一系列預測工作，減輕其對生態環境的影響。由于侵蝕過程較為復雜，因此建模需要充分考慮各項因素，例如氣象、水文、地質環境、土壤條件等。修正的土壤風蝕方程（revised wind erosion equation，RWEQ）被廣泛應用于土壤風蝕預報。該模型由美國農業部（USDA）農業研究服務（Agricultural Research Service）組織開發，它是一個基于過程模擬的經驗性模型。RWEQ模型能夠成功模擬田間管理措施、不同作物輪作對風蝕量的影響。

本文將結合案例講解RWEQ模型的運行及相關的歸因分析。先介紹RWEQ模型的基本原理及數據需求，再介紹ArcGIS基本功能，結合案例講解RWEQ模型中區域地理空間數據庫構建的方法和各個參量提取的原理與方法，最后結合三江源地區應用典型案例進行綜合講解風蝕模數估算、制圖及歸因分析。本次實踐部分基于ArcGIS進行，并有部分數據需要Arcpy進行提取，建議提前搭建好軟硬件平臺。.

1、土壤風蝕

風力侵蝕是土壤侵蝕的主要類型之一。在全球范圍內，易于遭受風蝕的土地約占陸地面積的1/4。在我國北方干旱、半干旱及部分半濕潤地區,風蝕是土地退化的主要過程之一。根據全國第三次水土流失普查數據,全國風蝕總面積為195.70萬km2，占國土總面積的20.6%。

土壤風蝕預報技術是為了指導風蝕土地的可持續利用而發展起來的。它以風蝕動力過程及風蝕因子的影響作用研究為基礎,用定量模型來估算風蝕強度,并被用于指導風蝕防治實踐,因而代表土壤風蝕科學的研究水平。土壤風蝕模型研究是世界土壤風力侵蝕學科的前沿領域和土壤風力侵蝕過程定量研究的有效手段。

土壤風蝕預報研究與流水侵蝕預報研究相伴而生，相關的定量的工作大致可以追溯到本世紀40年代。

2、風蝕方程模型（Wind Erosion Equation, WEQ）

風蝕方程模型（WEQ）由Woodruff和Siddoway在1965年提出，旨在分析田間地表情況和田間管理措施對侵蝕速率的影響,進而有效防治農田的風力侵蝕。WEQ用于預報美國的農田的年風蝕量(kg/ha-1)。

WEQ 是第一個用于估算田間年風蝕量的模型，其中包含5組11個變量：氣候因子、土壤可蝕性、土壤表面粗糙度、田塊長度、以及作物殘留物。其中土壤可蝕性與氣候因子是最重要的因變量。

WEQ可用下式表示：

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

其中，E為年風蝕量( t / acre， 1 acre= 4046 .86m2) ; f為函數關系;Ⅰ為土壤可蝕性( t / acre) ; K為土壤糙度因子; C為氣候因子; L為田塊裸露長度( ft, 1 ft =30 .48 cm); V為植被因子。

WEQ是建立在大量野外觀測基礎上的風蝕預報模型,首次引入了綜合性思想來預報風蝕,為后來的風蝕預報提供了思路,因而被廣泛應用。但隨著資料的積累和新技術的引入，WEQ的局限性愈來愈多。主要表現在：

①WEO是建立在堪薩斯加爾登城( Garden City, Kansas)的氣候條件基礎上的經驗模型，當應用于氣候條件差異較大的地區時，誤差很大。

②WEQ在計算中沒有考慮各種風蝕因子之間的復雜關系，將各因子視為彼此獨立的,因而風蝕因子的總體效應均用乘積的方式來表達，由此會夸大某些因子的作用。

③野外風沙運移觀測以及WEQ實際評價表明，雪崩原理不適用于數百米或更長田塊上的風蝕過程。

④WEQ是一個純經驗模型，只注重宏觀上應用的方便，與微觀的風蝕機制研究脫節。

修正風蝕方程模型（Revised Wind Erosion Equation, RWEQ)

修正的風蝕方程 (revised wind erosion equation, RWEQ)是一種以較高時空分辨率對區域土壤風蝕狀況進行長時間序列估算, 從而有效預測風蝕量的模型, 可以為土地沙化防治提供依據 。如前所述,風蝕方程WEQ不能夠預測高降雨量地區和極端干旱地區的土壤風蝕。隨著風蝕觀測儀器的發展,WEQ的局限性愈加明顯,風蝕預報迫切需要充分利用已有的新技術。為了及時利用新技術，學者們建議修正WEQ，形成修正風蝕方程(RWEQ)。RWEQ的目的是應用簡單的模型變量輸入方式來計算農田風蝕量。

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2、arcgis中RWEQ模型實現原理

2.1 基于柵格處理

在arcgis軟件的空間分析工具箱中，提供了大量的柵格數據處理工具，其中對柵格數據進行平滑處理的工具在去除圖像上的椒鹽噪音的處理中有非常重要的作用

（1）提取分析：按屬性或空間位置提取、按像元值提取；

（2）疊加分析：加權疊加、加權總和；

（3）距離分析：距離分析相關概念、歐式距離分析、成本距離分析；

（4）鄰域分析：鄰域形狀、鄰域統計類型、點統計；

（5）密度分析：點密度分析、線密度分析、核密度分析、密度分析區別；

（6）插值分析：反距離權重法、自然鄰域法、趨勢面法、樣條函數法、克里金法；

2.2模型實現原理

修正的風蝕方程(RWEQ)計算多因素影響下的區域土壤轉運總量, 作為該區域的土壤風蝕量。首先計算受氣象、土壤侵蝕、土壤結皮、地表粗糙度和植被覆蓋狀況等因素影響的風力最大轉運容量 , 然后通過風力最大轉運容量和關鍵地塊長度計算得到區域土壤轉運總量。

氣候因子WF提取

1.1風力因子Wf提取

風速、氣溫、降雨、日照輻射以及雪蓋天數等氣候狀況都會影響土壤風蝕模數， 其共同組成了氣候因子。

氣候因子WF表征了在考慮降雨、溫度、日照及雪蓋等因素的條件下風力對土壤顆粒的搬運能力，其表達式如下：

? ? ?式中，WF為氣象因子（kg/m）；WE為風場強度因子（m3/ s3），由監測風速μ2（m /s）、起沙風速μ1（假定為5 m/ s）和觀察周期天數 Nd 計算得到；ρ 為空氣 密度（kg /m3?），由海拔高度 EL（km）和絕對溫度 T（K） 計算得到；g 為重力加速度（m/s2）；S為土壤濕度因子（無量綱）；R為降雨量（mm）；I為灌溉量（mm）；Rd為降雨次數和（或）灌溉天數；ETP為地表潛在相對蒸發量（mm），由太陽輻射SR（cal /cm2 ）和平均溫度 DT（℃）計算得到；SD為雪覆蓋因子（無量綱）；P為計算時段內積雪覆蓋深度（Hsnow）大于25.4 mm的概率。?

土壤可蝕性因子EF提取

土壤可蝕性是指土壤對侵蝕的敏感性。對于不同的機械組成和理化性質的土壤種類，粒度越小，有機質含量越低，其土壤可蝕性越大，越容易被侵蝕；反之粒度越粗，有機質含量越高，其可蝕性越小，越不容易被侵蝕。對于土壤可蝕性因子的計算公式如下

土壤結皮因子SCF提取

土壤結皮是指某些低等生物與土表相互作用或降水滴濺在土表上形成的微層，一般按產生機理可分為生物性結皮和物理性結皮。其中，生物性結皮有利于抵抗土壤風蝕；物理性結皮易碎，反而加速了土壤被風蝕的過程。其計算公式如下：

植被覆蓋度因子C提取

不同的植被有著不同的根系，也就有不同的固水固沙能力。植被覆蓋度因子表示一定植被覆蓋條件下，對土壤風蝕的抑制作用大小。 依據研究區LUCC分類圖，將植被分為林地、灌木、草地、農田、裸地5個植被類型，根據不同的系數計算各植被覆蓋度因子

式中，ai為不同植被類型的系數，其中，林地為 0.153 5，灌木為 0.092 1，草地為 0.151 1，農田為0.043 8，裸地為0.076 8；SC為植被覆蓋度（無量綱），由NDVI 數據集計算得到。

地表粗糙度因子K’提取

地表粗糙度是指由地形引起的土地表面粗糙程度對土壤風蝕的影響

式中，Kr 為因地形起伏產生的地形粗糙度長度 （cm）；Crr 為隨機糙度因子，取 0；ΔH為距離L范圍內的海拔高程差（m），根據不同的起伏地形情況，L 具有不同的值。

土壤風蝕量的計算

?SL為土壤風蝕量(thm-2a-1)；Qmax為風沙最大轉移量(kg/m)；S為關鍵地塊長度(m)；z為下風向最大風蝕出現距離(m)，本次計算取50m；WF為氣候因子(kg/m)；K’為地表粗糙度因子；EF為土壤可蝕性因子；SCF為土壤結皮因子；C為植被覆蓋因子。

?三江源地區土壤風蝕量計算

三江源氣候因子提取

Wf因子

ETp因子

SW因子

WF因子

三江源土壤因子提取

EF因子

SCF因子?

三江源植被覆蓋度因子提取

三江源地表粗糙度因子提取

三江源土壤風蝕量計算

三江源土壤風蝕量空間分布特征

土壤風蝕強度變化是諸多要素共同作用的結果，氣象因子、下墊面粗糙度、植被覆蓋、土壤含 水量等因素制約著土壤風蝕強度的差異，土地利用、覆蓋變化是影響土壤風蝕的重要因子。

?本節將結合根據研究區土地利用、覆蓋變化信息的提取與分析及其他相關研究成果，分析研究區空間分布特征，為土壤風蝕防治措施方面進行深入分析。

?RWEQ模型相關的SCI論文撰寫技巧

科技論文結構

摘要和前言

英文摘要的寫作要求

文獻綜述的寫作技巧

引言寫作的示例

材料與方法???????

數據來源與預處理

模型因子提取方法

結果與討論

時空變化特征分析

結合區域特征進行討論

參數優化討論

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于RWEQ模型的土壤风蚀模数估算及其变化归因分析实践的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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