La erosión del suelo por el viento es un problema ambiental global. China es uno de los países más gravemente afectados por la erosión eólica en el mundo, y la erosión eólica es el principal proceso de desertificación de la tierra en las zonas áridas, semiáridas y parcialmente húmedas de China. El área de erosión eólica y desertificación en China alcanza los 160,74×104 km2, lo que representa el 16,7 % de la superficie terrestre total, lo que afecta gravemente el desarrollo de los recursos y el desarrollo sostenible y estable de la economía social en estas áreas. Desde la década de 1980, la erosión eólica del suelo, como principal eslabón de la desertificación, ha recibido una atención sin precedentes. Se han llevado a cabo sucesivamente un gran número de investigaciones experimentales, que revelan la influencia de varios factores en el proceso de erosión eólica, especialmente la intensificación de los factores humanos. sobre la erosión eólica Y presentar las medidas de control de la erosión eólica en diferentes áreas. Las áreas montañosas en el oeste de China son ecológicamente frágiles, y el fenómeno de la pérdida de agua y suelo es relativamente grave y amenaza la seguridad ecológica del país.La estimación del módulo de erosión eólica local tiene cierta importancia para mantener el desarrollo sostenible del entorno ecológico. .
La construcción del modelo de erosión del suelo puede explorar mejor las causas de la erosión, para llevar a cabo una serie de trabajos de predicción sobre la erosión del suelo y reducir su impacto en el entorno ecológico. Debido a la complejidad del proceso de erosión, el modelado debe tener en cuenta varios factores, como la meteorología, la hidrología, el entorno geológico, las condiciones del suelo, etc. La ecuación de erosión eólica revisada (ecuación de erosión eólica revisada, RWEQ) se usa ampliamente en la predicción de la erosión eólica del suelo. El modelo, desarrollado por la organización Servicio de Investigación Agrícola (Agricultural Research Service) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), es un modelo empírico basado en la simulación de procesos. El modelo RWEQ puede simular con éxito los efectos de las medidas de manejo de campo y diferentes rotaciones de cultivos sobre la erosión eólica.
El funcionamiento del modelo RWEQ y el análisis de atribución relacionado se explicarán con un caso. Este curso proporciona una explicación práctica de la erosión eólica del suelo desde los aspectos de principios, datos, métodos y análisis de atribución. Principios: Introducir los principios básicos y los modelos principales de la erosión del suelo y la erosión eólica del suelo, y analizar y explicar los últimos resultados de la investigación científica en el país y en el extranjero; Datos: Introducir los métodos de adquisición de datos meteorológicos, de vegetación, del suelo y de otro tipo; explicar las características y aplicación de varios métodos de datos: presente los métodos y puntos clave de cada extracción de parámetros en el modelo RWEQ; use el entorno operativo que combina Python y ArcGIS de manera efectiva, aproveche al máximo las capacidades eficientes de procesamiento de datos de Python y el poderoso análisis espacial y capacidades de visualización, a través de análisis de código y herramientas Ejercicios prácticos, que explican los métodos de extracción de parámetros de modelos diversificados; capítulo de análisis: análisis de las características de distribución de la erosión eólica del suelo y sus factores influyentes; explicación de los principios de los métodos de análisis de atribución, como el análisis de Tongjing y los detectores geográficos, que se implementan en R, SPSS y otros entornos Análisis de atribución y visualización de la erosión eólica del suelo.
A través de este contenido, obtendrá una comprensión profunda de los principios y factores impulsores del modelo de erosión eólica a través del ejercicio práctico de proceso completo de la operación del modelo RWEQ; dominará las técnicas en la estimación del módulo de erosión eólica, como el procesamiento de datos heterogéneos de múltiples fuentes , extracción de parámetros del modelo y análisis de atribución; en casos prácticos específicos, aprenda a utilizar los principios y métodos técnicos anteriores para mejorar la capacidad de aplicación de los modelos de erosión eólica.
Capítulo 1: Base teórica
1. Principios básicos de la erosión del suelo
●Erosión del suelo: todo el proceso de destrucción, denudación, transporte y depósito del suelo y del material original del suelo bajo la acción de fuerzas externas como la energía hidráulica, la energía eólica, el congelamiento y el deshielo y la gravedad.
● Clasificación de la erosión del suelo: erosión hídrica, erosión por gravedad, erosión por congelación-descongelación y erosión eólica, etc.
●Peligros y causas de la erosión del suelo: China tiene una gran área de montañas y colinas, grandes fluctuaciones de terreno, materiales de suelo sueltos y profundos, alta intensidad de lluvia, larga historia de recuperación y baja cobertura de vegetación, todos los cuales son factores importantes que provocan la erosión del suelo. Diferentes combinaciones de varios factores determinan el tipo, grado, distribución regional y peligro potencial de erosión del suelo.
2. Modelo de erosión eólica del suelo
●El mecanismo de la erosión eólica del suelo
● Factores que influyen en la erosión eólica del suelo: 1) la velocidad del viento, 2) las propiedades físicas de la superficie del suelo, 3) la cobertura superficial y la rugosidad.
●Modelo de evaluación de la erosión eólica del suelo:
●Ecuación de erosión eólica (WEQ)
El modelo de ecuación de erosión eólica (WEQ) fue propuesto por Woodruff y Siddoway en 1965, con el objetivo de analizar la influencia de las condiciones de la superficie del campo y las medidas de manejo del campo en la tasa de erosión, y luego prevenir efectivamente la erosión eólica de las tierras agrícolas. WEQ se utiliza para predecir la erosión eólica anual (kg/ha-1) de tierras agrícolas en los Estados Unidos.
WEQ es el primer modelo para estimar la erosión eólica anual en campos, que contiene 11 variables en 5 grupos: factores climáticos, erosionabilidad del suelo, rugosidad de la superficie del suelo, longitud del campo y residuos de cultivos. Entre ellos, la erosionabilidad del suelo y los factores climáticos son las variables dependientes más importantes.
WEQ se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
●Ecuación de erosión eólica revisada (RWEQ)
La ecuación de erosión eólica revisada (RWEQ) es una estimación de serie a largo plazo de la erosión eólica del suelo regional con alta resolución espacial y temporal, para predecir de manera efectiva la cantidad de erosión eólica, lo que puede proporcionar una base para la prevención y el control de la desertificación de la tierra.
Capítulo 1: Conceptos básicos de la plataforma
1. Introducción e instalación del software ArcGIS, introducción de funciones comunes
● Introducción e instalación de la versión de ArcGIS;
● Interfaz de software ArcGIS, introducción de funciones comunes;
● Configuración del entorno del espacio de trabajo de ArcGIS
2. Mapeo y análisis espacial de ArcGIS
2.1 Cómo ArcGIS define el sistema de coordenadas
2.2 Análisis espacial de ArcGIS
En la caja de herramientas de análisis espacial del software ArcGIS, se proporciona una gran cantidad de herramientas de procesamiento de datos ráster, entre las cuales la herramienta de suavizado de datos ráster juega un papel muy importante en la eliminación del ruido de sal y pimienta en la imagen.
(1) Análisis de extracción: extracción por atributo o posición espacial, extracción por valor de píxel;
(2) Álgebra de mapas: reglas del lenguaje del álgebra de mapas;
(3) Análisis local: análisis de superposición de datos de trama, estadísticas de píxeles, clasificación, valor de frecuencia;
(4) Análisis de vecindario: forma de vecindario, tipo de estadísticas de vecindario, estadísticas de puntos;
(5) Análisis regional: estadísticas geométricas regionales, estadísticas regionales, tabulación de áreas, histograma regional;
(6) Análisis de interpolación: método de ponderación de distancia inversa, método de vecino natural, método de superficie de tendencia, método de función spline, método kriging;
(7) Muestreo y remuestreo: análisis de red, muestreo de puntos aleatorios, reclasificación, tabla de búsqueda, etc.;
2.3 Diseño de diseño de ArcGIS
●Uso del servicio de mapas básico de ArcGIS: configurar el servidor de mapas, agregar y usar el mapa en línea
●La producción y diseño de mapas, mapas de ojo de águila, indicadores de alcance, cuadrículas, tablas, gráficos, etc.
Aquellos hoyos que hayan sido pisados en el pasado - errores comunes y precauciones de uso, etc.
Capítulo 3: Soporte de datos del modelo RWEQ
1. Adquisición y preprocesamiento de datos vectoriales
●Conocimiento de datos vectoriales
●Creación, conversión y edición de datos vectoriales
2. Adquisición y preprocesamiento de datos ráster
● Comprensión de los datos ráster
● Entrada, salida y conversión de datos ráster
●Conocimiento de resolución espacial
●Remuestreo de datos ráster
3. Adquisición de datos de plataforma en la nube de teledetección
● Introducción a los datos de la plataforma en la nube de teledetección
● Gramática básica de la plataforma en la nube de teledetección
● Adquisición de datos de plataforma en la nube de teledetección
4. Adquisición y procesamiento de datos NetCDF
● Comprensión y lectura de datos NC
● Composición de ArcGIS Model Builder
● Nueva caja de herramientas de ArcGIS y herramientas personalizadas
5. Adquisición y procesamiento de datos meteorológicos basados en Python
● Introducción a los datos meteorológicos
● Crear un entorno de desarrollo de Python
●Instalación y explicación de la biblioteca de código de Python
● Leer y escribir archivos como texto, vector, trama, etc.
● Limpieza de datos de Python
● Conversión de datos de texto y datos ráster
●Conversión de datos NC y datos *.TIF
● Definición y conversión de proyección de datos por lotes
Capítulo 4: Extracción de parámetros del modelo RWEQ
1. Extracción de HH del factor climático
Las condiciones climáticas, como la velocidad del viento, la temperatura, las lluvias, la radiación solar y los días de cubierta de nieve, afectan el módulo de erosión eólica del suelo, que en conjunto constituyen factores climáticos.
El factor climático WF caracteriza la capacidad del viento para transportar partículas del suelo bajo las condiciones de considerar factores como lluvia, temperatura, insolación y cubierta de nieve, y su expresión es la siguiente:
En la fórmula, WF es el factor meteorológico (kg/m); WE es el factor de intensidad del campo de viento (m3/s3), que se compone de la velocidad del viento de monitoreo μ2 (m/s), la velocidad del viento de emisión de arena μ1 (se supone que es 5 m/s) y el período de observación Se calcula el número de días Nd; ρ es la densidad del aire (kg/m3), calculada a partir de la altitud EL (km) y la temperatura absoluta T (K); g es la aceleración de la gravedad (m/s2); S es el factor de humedad del suelo (adimensional); R es la lluvia (mm); I es la cantidad de riego (mm); Rd es el número de lluvia y (o) riego días; ETP es la evaporación relativa potencial de la superficie (mm), la cual está determinada por la radiación solar SR (cal/cm2) y se calcula la temperatura promedio DT (°C); SD es el factor de cobertura de nieve (adimensional); P es la probabilidad de que la profundidad de la capa de nieve (Hsnow) sea superior a 25,4 mm durante el período de cálculo.
factor wf
ET factor p
factor SW
factor WF
2. Extracción del factor de erosionabilidad del suelo EF
La erosionabilidad del suelo se refiere a la susceptibilidad del suelo a la erosión. Para tipos de suelo con diferente composición mecánica y propiedades físicas y químicas, cuanto menor sea el tamaño de partícula, menor será el contenido de materia orgánica, mayor será la erosionabilidad del suelo y más fácil será erosionarlo; por el contrario, cuanto más grueso sea el tamaño de partícula, cuanto mayor sea el contenido de materia orgánica y menor sea la erosionabilidad, es menos probable que se erosione. La fórmula de cálculo del factor de erosionabilidad del suelo es la siguiente:
3. Extracción del factor de costra del suelo SCF
La corteza del suelo se refiere a la microcapa formada por la interacción entre algunos organismos inferiores y la superficie del suelo o la precipitación salpicada sobre la superficie del suelo. Generalmente, según el mecanismo de formación, se puede dividir en corteza biológica y corteza física. Entre ellos, la corteza biológica es beneficiosa para resistir la erosión eólica del suelo; la corteza física es frágil, pero acelera el proceso de erosión del suelo por el viento. Su fórmula de cálculo es la siguiente:
4. Extracción del factor de cobertura vegetal C
Diferentes tipos de vegetación tienen diferentes sistemas de raíces y, por lo tanto, tienen diferentes capacidades para fijar el agua y la arena. El factor de cobertura vegetal indica el efecto inhibitorio sobre la erosión eólica del suelo bajo ciertas condiciones de cobertura vegetal. De acuerdo con el mapa de clasificación LUCC del área de estudio, la vegetación se divide en cinco tipos de vegetación: bosque, arbusto, pastizal, tierra de cultivo y tierra desnuda, y cada factor de cobertura de vegetación se calcula de acuerdo con diferentes coeficientes.
En la fórmula, ai es el coeficiente de los diferentes tipos de vegetación, entre los cuales, la tierra forestal es -0,153 5, los arbustos son -0,092 1, los pastizales son -0,151 1, los terrenos agrícolas son -0,043 8 y los terrenos desnudos son -0,076 8; SC es la cobertura de vegetación (adimensional), calculada a partir del conjunto de datos NDVI.
2. Extracción del factor de rugosidad superficial K'
La rugosidad de la superficie se refiere a la influencia de la rugosidad de la superficie terrestre causada por la topografía en la erosión eólica del suelo.
En la fórmula, Kr es la longitud de rugosidad del terreno (cm) causada por las ondulaciones del terreno; Crr es el factor de rugosidad aleatorio, que se toma como 0; ΔH es la diferencia de altitud dentro de la distancia L (m), según las diferentes condiciones de ondulación del terreno , tienen diferentes valores.
2. Cálculo de la erosión eólica del suelo
SL es la cantidad de erosión eólica del suelo (thm-2a-1); Qmax es la cantidad máxima de transferencia de arena (kg/m); S es la longitud clave de la parcela (m); z es la distancia máxima de erosión eólica en la dirección del viento ( m); WF es el factor climático (kg/m); K' es el factor de rugosidad de la superficie; EF es el factor de erosionabilidad del suelo; SCF es el factor de la costra del suelo; C es el factor de cobertura vegetal.
Capítulo 5: Análisis de atribución
1. El análisis estadístico combinará la extracción y el análisis del uso de la tierra y la información sobre el cambio de cobertura en el área de estudio y otros resultados de investigación relacionados para analizar estadísticamente las características de distribución espacial del área de estudio y realizar un análisis en profundidad para la prevención de la erosión eólica del suelo y medidas de control.
1. Análisis de correlación
Análisis de red: use la herramienta de red de ArcGIS para crear una cuadrícula de cierto tamaño en el área de investigación y realice la segmentación de mapas, análisis de muestreo y división de unidades de investigación.
Análisis de correlación: establezca los diagramas de dispersión de factores como la vegetación en el área de Three Rivers Headwaters y la cantidad de erosión eólica potencial, la cantidad real de erosión eólica y la cantidad de fijación de arena y protección contra el viento utilizando el método de cuadrícula, y realice un ajuste de función óptimo en la dispersión diagrama para explorar su distribución espacial en la correlación.
2. Análisis de ruta
Tomando la erosión eólica anual del suelo en el área de Sanjiangyuan en 2015 como variable dependiente, y tomando los factores climáticos y la cobertura vegetal como variables independientes para realizar el análisis de trayectoria, se analizaron cuantitativamente las contribuciones conjuntas directas e indirectas de cada factor.
4. Análisis de detección de factores: detector geográfico
La distribución espacial de la erosión eólica no está provocada por un único factor geográfico, climático o humano, su formación es inseparable de la acción conjunta de múltiples factores, por lo que los factores que más contribuyen a su efecto determinarán su distribución espacial real. Se propone el Modelo de Detector Geográfico (GDM) basado en la teoría de la diferenciación espacial y la tecnología de análisis espacial del sistema de información geográfica (SIG). A menudo se utiliza para estudiar los factores que afectan la heterogeneidad de la jerarquía espacial y sus mecanismos subyacentes.
●Detector de factores
El detector de factores puede evaluar la contribución de un determinado factor de influencia a la cantidad de erosión eólica, y la fórmula específica es la siguiente:
Entre ellos, D es un determinado factor de impacto, H es la cantidad de erosión eólica, Q es la contribución del factor de impacto a la cantidad de erosión eólica, el rango de valores es [0-1], N, σ2 son el tamaño de la muestra y su varianza, h es el número de capas de muestra, L es el número de clasificación de los factores de impacto. Cuando el valor de Q es mayor, indica que la contribución a la erosión eólica es mayor.
●Detector de interacción
El detector de interacción puede evaluar la contribución de los dos factores influyentes a la erosión eólica en el área de estudio, a fin de analizar con mayor precisión la contribución real de múltiples factores influyentes.
● Implementación de geodetectores basados en R:
① Preparación de datos de variables independientes y variables dependientes;
② Preparación de la operación del detector geográfico;
③ Instalación del paquete de programas y software R, configuración básica, etc.;
④ Análisis de código de funcionamiento del detector geográfico;
⑤ Análisis y visualización de resultados del detector de factores;
⑥ Visualización y resultados del detector interactivo;
Capítulo 6: Habilidades de redacción de documentos SCI relacionadas con el modelo RWEQ
1. Estructura de los artículos científicos
2. Introducción
●¿Está claro el problema científico?
●¿Es riguroso el razonamiento lógico?
●Habilidades de escritura de revisión de literatura
●Ejemplos de escritura de introducción
3. Resumen y conclusiones
●Requisitos para escribir resúmenes en inglés
●Los cinco elementos del resumen
● Cómo elaborar un resumen de un artículo de SCI
●La diferencia entre resumen y conclusión
● Fuente de datos y preprocesamiento
●Método de extracción del factor del modelo
4. Discusión
l Puntos de escritura de discusión
l Discutir problemas comunes por escrito
5. Análisis de las habilidades de envío de trabajos
6. Análisis de casos de artículos SCI
