A erosão do solo pelo vento é um problema ambiental global. A China é um dos países mais seriamente afetados pela erosão eólica no mundo, e a erosão eólica é o principal processo de desertificação da terra em áreas áridas, semiáridas e parcialmente úmidas da China. A área de erosão eólica e desertificação na China atinge 160,74×104km2, representando 16,7% da área total de terra, o que afeta seriamente o desenvolvimento de recursos e o desenvolvimento sustentável e estável da economia social nessas áreas. Desde a década de 1980, a erosão eólica do solo, como principal elo da desertificação, tem recebido atenção sem precedentes. Um grande número de pesquisas experimentais foram realizadas sucessivamente, revelando a influência de vários fatores no processo de erosão eólica, especialmente a intensificação de fatores humanos sobre a erosão eólica e apresentar as medidas de controle da erosão eólica em diferentes áreas. As áreas montanhosas do oeste da China são ecologicamente frágeis, e o fenômeno da erosão do solo é relativamente grave, ameaçando a segurança ecológica do País. A estimativa do módulo de erosão eólica local tem certa importância para manter o desenvolvimento sustentável de seu ambiente ecológico.
A construção do modelo de erosão do solo pode explorar melhor as causas da erosão, de modo a realizar uma série de trabalhos de previsão da erosão do solo e reduzir o seu impacto no ambiente ecológico. Devido à complexidade do processo de erosão, a modelagem precisa considerar vários fatores, como meteorologia, hidrologia, ambiente geológico, condições do solo, etc. A equação revisada da erosão eólica (equação revisada da erosão eólica, RWEQ) é amplamente utilizada na previsão da erosão eólica do solo. O modelo, desenvolvido pela organização Agricultural Research Service (Serviço de Pesquisa Agrícola) do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA), é um modelo empírico baseado na simulação de processos. O modelo RWEQ pode simular com sucesso os efeitos das medidas de manejo de campo e diferentes rotações de culturas na erosão eólica.
A operação do modelo RWEQ e a análise de atribuição relacionada serão explicadas com um caso. Este curso fornece uma explicação prática da erosão eólica do solo sob os aspectos de princípios, dados, métodos e análise de atribuição. Princípios: Apresentar os princípios básicos e principais modelos de erosão do solo e erosão eólica do solo, e analisar e explicar os mais recentes resultados de pesquisas científicas no país e no exterior; Dados: Apresentar os métodos de aquisição de dados meteorológicos, vegetativos, de solo e outros; explicar as características e aplicação de vários dados Métodos: Apresentar os métodos e pontos-chave de cada extração de parâmetro no modelo RWEQ; usar o ambiente operacional que combina efetivamente Python e ArcGIS, fazer pleno uso dos recursos eficientes de processamento de dados do Python e da poderosa análise espacial e capacidades de visualização, através de análise de código e ferramentas Exercícios práticos, explicando métodos diversificados de extração de parâmetros do modelo; capítulo de análise: analisando as características de distribuição da erosão eólica do solo e seus fatores de influência; explicando os princípios dos métodos de análise de atribuição, como análise Tongjing e detectores geográficos, que são implementados em R, SPSS e outros ambientes Análise de atribuição e visualização da erosão eólica do solo.
Por meio deste conteúdo, você obterá uma compreensão profunda dos princípios e fatores determinantes do modelo de erosão eólica por meio do exercício prático de processo completo da operação do modelo RWEQ; dominará as técnicas de estimativa do módulo de erosão eólica, como processamento de dados heterogêneos de várias fontes , extração de parâmetros do modelo e análise de atribuição ;Em casos práticos específicos, aprender a usar os princípios e métodos técnicos acima para melhorar a capacidade de aplicação de modelos de erosão eólica.
Capítulo 1: Base Teórica
1. Princípios básicos da erosão do solo
●Erosão do solo: todo o processo de destruição, desnudamento, transporte e depósito do solo e do material de origem do solo sob a ação de forças externas, como energia hídrica, energia eólica, congelamento-degelo e gravidade.
● Classificação da erosão do solo: erosão hídrica, erosão por gravidade, erosão por congelamento e degelo e erosão eólica, etc.
● Perigos e causas da erosão do solo: a China tem uma grande área de montanhas e colinas, grandes flutuações do terreno, materiais soltos e profundos do solo, alta intensidade de chuva, longa história de recuperação e baixa cobertura vegetal, todos fatores importantes que causam a erosão do solo. Diferentes combinações de vários fatores determinam o tipo, grau, distribuição regional e perigo potencial de erosão do solo.
2. Modelo de erosão eólica do solo
● O mecanismo de erosão eólica do solo
● Fatores que influenciam a erosão eólica do solo: 1) velocidade do vento, 2) propriedades físicas da superfície do solo, 3) cobertura e rugosidade da superfície.
● Modelo de avaliação da erosão eólica do solo:
●Equação de erosão eólica (WEQ)
O modelo de equação de erosão eólica (WEQ) foi proposto por Woodruff e Siddoway em 1965, com o objetivo de analisar a influência das condições da superfície do campo e medidas de manejo do campo na taxa de erosão e, então, prevenir efetivamente a erosão eólica de terras agrícolas. O WEQ é usado para prever a erosão eólica anual (kg/ha-1) de terras agrícolas nos Estados Unidos.
O WEQ é o primeiro modelo para estimar a erosão eólica anual em campos, que contém 11 variáveis em 5 grupos: fatores climáticos, erodibilidade do solo, rugosidade da superfície do solo, comprimento do campo e resíduos de culturas. Entre eles, a erodibilidade do solo e os fatores climáticos são as variáveis dependentes mais importantes.
O WEQ pode ser expresso pela seguinte fórmula:
●Equação de erosão eólica revisada (RWEQ)
A equação de erosão eólica revisada (RWEQ) é uma estimativa de série de longo prazo da erosão eólica do solo regional com alta resolução espacial e temporal, de modo a prever efetivamente a quantidade de erosão eólica, que pode fornecer uma base para a prevenção e controle da desertificação da terra.
Capítulo 1: Noções básicas da plataforma
1. Introdução e instalação do software ArcGIS, introdução de funções comuns
● Introdução da versão do ArcGIS, instalação;
● Interface do software ArcGIS, introdução de funções comuns;
● Configurações do ambiente de espaço de trabalho do ArcGIS
2. Análise e mapeamento espacial do ArcGIS
2.1 Como o ArcGIS define o sistema de coordenadas
2.2 Análise espacial do ArcGIS
Na caixa de ferramentas de análise espacial do software ArcGIS, é fornecido um grande número de ferramentas de processamento de dados raster, entre as quais a ferramenta de suavização de dados raster desempenha um papel muito importante na remoção do ruído de sal e pimenta na imagem
(1) Análise de extração: extração por atributo ou posição espacial, extração por valor de pixel;
(2) Álgebra de mapas: regras de linguagem da álgebra de mapas;
(3) Análise local: análise de sobreposição de dados raster, estatísticas de pixel, classificação, valor de frequência;
(4) Análise de vizinhança: forma de vizinhança, tipo de estatística de vizinhança, estatística de ponto;
(5) Análise regional: estatísticas geométricas regionais, estatísticas regionais, tabulação de áreas, histograma regional;
(6) Análise de interpolação: método de ponderação de distância inversa, método de vizinho natural, método de superfície de tendência, método de função spline, método de krigagem;
(7) Amostragem e reamostragem: análise de rede de pesca, amostragem de pontos aleatórios, reclassificação, tabela de consulta, etc.;
2.3 Projeto de layout do ArcGIS
● Uso do serviço de mapa básico ArcGIS: configurar servidor de mapa; adicionar e usar mapa online
● A produção e design de mapas, mapas de visão, indicadores de alcance, grades, tabelas, gráficos, etc.
Essas fossas que foram pisadas no passado - erros comuns e precauções de uso, etc.
Capítulo 3: Suporte a dados do modelo RWEQ
1. Aquisição e pré-processamento de dados vetoriais
●Conhecimento de dados vetoriais
●Criação, conversão e edição de dados vetoriais
2. Aquisição e pré-processamento de dados raster
● Compreensão dos dados raster
● Entrada, saída e conversão de dados raster
●Conhecimento de resolução espacial
● Reamostragem de dados raster
3. Aquisição de dados de plataforma de nuvem de sensoriamento remoto
● Introdução aos dados da plataforma de nuvem de sensoriamento remoto
● Gramática básica da plataforma de nuvem de sensoriamento remoto
● Aquisição de dados de plataforma de nuvem de sensoriamento remoto
4. Aquisição e processamento de dados NetCDF
● Compreensão e leitura de dados NC
● Composição do ArcGIS Model Builder
● Nova caixa de ferramentas e ferramentas personalizadas do ArcGIS
5. Aquisição e processamento de dados meteorológicos baseados em Python
● Introdução aos dados meteorológicos
● Criar ambiente de desenvolvimento Python
●Instalação e explicação da biblioteca de código Python
● Ler e gravar arquivos como texto, vetor, raster, etc.
● Limpeza de dados Python
● Conversão de dados de texto e dados raster
●Conversão de dados NC e dados *.TIF
● Definição e conversão de projeção de dados em lote
Capítulo 4: Extração de Parâmetros do Modelo RWEQ
1. Extração do fator climático WF
As condições climáticas, como velocidade do vento, temperatura, precipitação, radiação solar e dias de cobertura de neve, afetam o módulo de erosão eólica do solo, que juntos constituem fatores climáticos.
O fator climático WF caracteriza a capacidade do vento em transportar partículas do solo nas condições de considerar fatores como chuva, temperatura, insolação e cobertura de neve, e sua expressão é a seguinte:
Na fórmula, WF é o fator meteorológico (kg/m); WE é o fator de intensidade do campo de vento (m3/s3), que é composto pela velocidade do vento de monitoramento μ2 (m/s), a velocidade do vento de emissão de areia μ1 (assumido como 5 m/s) e o período de observação O número de dias Nd é calculado; ρ é a densidade do ar (kg/m3), calculada a partir da altitude EL (km) e da temperatura absoluta T (K); g é a aceleração da gravidade (m/s2); S é o fator de umidade do solo (adimensional); R é a precipitação (mm); I é a quantidade de irrigação (mm); Rd é o número de chuva e (ou) irrigação dias; ETP é a evaporação relativa potencial da superfície (mm), que é determinada pela radiação solar SR (cal / cm2 ) e A temperatura média DT (°C) é calculada; SD é o fator de cobertura de neve (adimensional); P é a probabilidade de que a profundidade da cobertura de neve (Hsnow) seja maior que 25,4 mm durante o período de cálculo.
fator Wf
ET p- fator
fator SW
fator WF
2. Extração do fator de erodibilidade do solo EF
A erodibilidade do solo refere-se à suscetibilidade do solo à erosão. Para tipos de solo com diferentes composições mecânicas e propriedades físicas e químicas, quanto menor o tamanho das partículas, menor o teor de matéria orgânica, maior a erodibilidade do solo e mais fácil de ser erodido; pelo contrário, quanto mais grosseiro o solo tamanho da partícula, quanto maior o teor de matéria orgânica, e quanto menor a erodibilidade, menor a probabilidade de ser erodido. A fórmula de cálculo do fator de erodibilidade do solo é a seguinte:
3. Extração do fator de crosta do solo SCF
A crosta do solo refere-se à microcamada formada pela interação entre alguns organismos inferiores e a superfície do solo ou pela precipitação salpicada na superfície do solo.Geralmente, de acordo com o mecanismo de formação, pode ser dividida em crosta biológica e crosta física. Dentre elas, a crosta biológica é benéfica para resistir à erosão do solo pelo vento; a crosta física é frágil, mas acelera o processo de erosão do solo pelo vento. Sua fórmula de cálculo é a seguinte:
4. Extração do fator de cobertura vegetal C
Diferentes vegetações têm diferentes sistemas radiculares e, portanto, diferentes habilidades de fixação de água e de fixação de areia. O fator de cobertura vegetal indica o efeito inibitório sobre a erosão eólica do solo sob certas condições de cobertura vegetal. De acordo com o mapa de classificação LUCC da área de estudo, a vegetação é dividida em cinco tipos de vegetação: floresta, arbusto, pastagem, terra arável e terra nua, e cada fator de cobertura vegetal é calculado de acordo com diferentes coeficientes.
Na fórmula, ai é o coeficiente de diferentes tipos de vegetação, entre os quais, floresta é -0,153 5, arbusto é -0,092 1, pastagem é -0,151 1, terra agrícola é -0,043 8 e terra nua é -0,076 8; SC é a cobertura vegetal (adimensional), calculada a partir do conjunto de dados NDVI.
2. Extração do fator de rugosidade superficial K'
A rugosidade da superfície refere-se à influência da rugosidade da superfície do terreno causada pela topografia na erosão do solo pelo vento
Na fórmula, Kr é o comprimento da rugosidade do terreno (cm) causado pelas ondulações do terreno; Crr é o fator de rugosidade aleatório, que é tomado como 0; ΔH é a diferença de altitude dentro da distância L (m), de acordo com diferentes condições onduladas do terreno , têm valores diferentes.
2. Cálculo da erosão eólica do solo
SL é a quantidade de erosão eólica do solo (thm-2a-1); Qmax é a quantidade máxima de transferência de areia (kg/m); S é o comprimento chave da parcela (m); z é a distância máxima de erosão eólica na direção a favor do vento ( m); WF é o fator climático (kg/m); K' é o fator de rugosidade da superfície; EF é o fator de erodibilidade do solo; SCF é o fator de crosta do solo; C é o fator de cobertura vegetal.
Capítulo 5: Análise de atribuição
1. A análise estatística combinará a extração e análise do uso da terra e informações sobre mudança de cobertura na área de estudo e outros resultados de pesquisa relacionados para analisar estatisticamente as características de distribuição espacial da área de estudo e realizar análises aprofundadas para prevenção da erosão eólica do solo e medidas de controle.
1. Análise de Correlação
Análise de rede de pesca: use a ferramenta rede de pesca do ArcGIS para criar uma grade de determinado tamanho na área de pesquisa e realizar segmentação de mapa, análise de amostragem e divisão de unidades de pesquisa.
Análise de correlação: estabelecer os diagramas de dispersão de fatores como a vegetação na área das cabeceiras dos Três Rios e a quantidade potencial de erosão eólica, quantidade real de erosão eólica e quebra-vento e quantidade de fixação de areia usando o método de grade e executar o ajuste de função ideal na dispersão diagrama para explorar sua distribuição espacial na correlação.
2. Análise de caminho
Tomando a erosão eólica anual do solo na área de Sanjiangyuan em 2015 como variável dependente, e tomando fatores climáticos e cobertura vegetal como variáveis independentes para conduzir a análise de caminho, as contribuições conjuntas diretas e indiretas de cada fator foram analisadas quantitativamente.
4. Análise de Detecção de Fatores - Detector Geográfico
A distribuição espacial da erosão eólica não é causada por um único fator geográfico, climático ou humano, a sua formação é indissociável da ação conjunta de múltiplos fatores, pelo que os fatores que mais contribuem para o seu efeito irão determinar a sua real distribuição espacial. O Modelo do Detector Geográfico (GDM) é proposto com base na teoria da diferenciação espacial e na tecnologia de análise espacial do sistema de informação geográfica (SIG). É freqüentemente usado para estudar os fatores que afetam a heterogeneidade da hierarquia espacial e seus mecanismos subjacentes.
● Detector de fator
O detector de fator pode avaliar a contribuição de um determinado fator de influência para a quantidade de erosão eólica, e a fórmula específica é a seguinte:
Entre eles, D é um determinado fator de impacto, H é a quantidade de erosão eólica, Q é a contribuição do fator de impacto para a quantidade de erosão eólica, o intervalo de valores é [0-1], N, σ2 são o tamanho da amostra e sua variância, h é o número de camadas de amostra, L é o número de classificação dos fatores de impacto. Quando o valor de Q é maior, indica que a contribuição para a erosão eólica é maior.
● Detector de interação
O detector de interação pode avaliar a contribuição dos dois fatores de influência para a erosão eólica na área de estudo, de modo a analisar com mais precisão a contribuição real de múltiplos fatores de influência.
● Implementação do geodetector baseado em R:
① Preparação de dados de variável independente e variável dependente;
② Preparação da operação do detector geográfico;
③ Instalação do pacote de software e programa R, configurações básicas, etc.;
④ Detector geográfico executando análise de código;
⑤ Análise e visualização do resultado do detector de fatores;
⑥ Visualização e resultados do detector interativo;
Capítulo 6: Habilidades de redação de artigos SCI relacionadas ao modelo RWEQ
1. Estrutura de artigos científicos
2. Introdução
●O problema científico está claro?
●O raciocínio lógico é rigoroso?
● Habilidades de redação de revisão de literatura
●Exemplos de redação de introdução
3. Resumo e conclusões
● Requisitos para redigir resumos em inglês
● Os cinco elementos do resumo
● Como construir um resumo de um documento SCI
● A diferença entre resumo e conclusão
● Fonte de dados e pré-processamento
● Método de extração de fator de modelo
4. Discussão
l Pontos de escrita de discussão
l Discuta problemas comuns por escrito
5. Análise das habilidades de submissão de artigos
6. Análise de caso de documentos SCI
