基于遥感云计算平台的生态环境质量评价方法技术

本发明专利技术公开的基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，其特征在于，首先通过风蚀和水蚀计算得到土壤侵蚀因子ER，获取植被覆盖度FVC、通过土壤微生物呼吸碳排放RH和净初级生产力NPP计算得到净生态系统碳交换量NEE，获取相对湿润指数MI；然后通过土壤侵蚀因子ER、植被覆盖度FVC、净生态系统碳交换量NEE和相对湿润指数MI构建生态环境综合评价指标。本发明专利技术的基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，解决了现有生态环境质量评价参数多、参数难获取，计算复杂不易广泛应用的问题。计算复杂不易广泛应用的问题。计算复杂不易广泛应用的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于遥感云计算平台的生态环境质量评价方法


[0001]本专利技术属于农业水土工程
，具体涉及一种基于遥感云计算平台的生态环境评价方法。

技术介绍

[0002]生态环境质量是生态系统的要素、结构和功能在时间和空间上的综合表征。反应的各种限制因素景观要素和生态水文过程相互作用的结果。因此，正确认识和评价区域生态环境状况，对于我国生态文明建设和生态环境保护意义重大。现有的评价体系一般都是基于传统生态环境指数和遥感生态指数。传统生态环境质量评价方法参数多，且大多难获取，很难快速的对大区域生态环境进行评估，且计算复杂、无法广泛应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，解决了现有生态环境质量评价参数多、参数难获取，计算复杂不易广泛应用的问题。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，首先获取植被覆盖度FVC，再通过风蚀和水蚀计算得到土壤侵蚀因子ER、通过土壤微生物呼吸碳排放RH和净初级生产力NPP计算得到净生态系统碳交换量NEE和获取相对湿润指数MI；然后通过土壤侵蚀因子ER、植被覆盖度FVC、净生态系统碳交换量NEE和相对湿润指数MI构建生态环境综合评价指标。
[0005]本专利技术的特征还在于，
[0006]植被覆盖度FVC采用像元二分模型计算，具体计算如公式1所示：
[0007][0008]式中，NDVI为归一化植被指数，NDVIsoil代表的是无植被覆盖区域或者裸土的NDVI值；NDVIveg代表全部被植被所覆盖区域NDVI值。
[0009]风蚀采用RWEQ模型进行计算，具体计算如公式2～4所示：
[0010]Q
max
＝109.8
×
(WF
×
EF
×
SCF
×
K
′×
C)
ꢀꢀ
(2)，
[0011]S＝150.71
×
(WF
×
EF
×
SCF
×
K
′×
C)
‑
0.371
ꢀꢀ
(3)，
[0012][0013]式中，Q
max
为风力最大运转量，单位为kg/m；S为关键地块长度，单位为m；SL为土壤损失量，单位为t/hm2/a；x为下风向最大风蚀出现距离，单位为m；WF表示气象因子，单位为kg/m；EF表示土壤可侵蚀性因子；SCF表示土壤结皮因子；K
′
表示土壤粗糙度因子；C表示植被覆盖因子。
[0014]土壤可侵蚀性因子EF具体计算如公式5所示：
[0015][0016]式中，Sa为土壤砂粒含量；Si为土壤粉砂含量；Cl为黏土含量；Sa/C1为土壤砂粒和黏土含量比；OM表示有机质含量；CaCO3表示碳酸钙含量；
[0017]土壤结皮因子SCF具体计算如公式6所示：
[0018][0019]式中，Cl为黏土含量，OM表示有机质含量；
[0020]土壤粗糙度因子K
′
具体计算如公式7所示：
[0021]K
’
＝cosα
ꢀꢀ
(7)，
[0022]式中，α表示地形坡度；
[0023]植被覆盖因子C具体计算如公式8所示：
[0024]C＝e
‑
0.0438FVC
ꢀꢀ
(8)，
[0025]气象因子WF具体计算如公式9所示，
[0026][0027]式中,U2为2m高处风速，单位为m/s；Ut为2m处的起沙临界风速，单位为m/s；Nd表示观测天数,N为一次实验中观察总次数；ρ为空气密度，单位为kg/m3；g表示重力加速度，单位为m/s2；SW为土壤湿度因子；SD为雪盖因子；
[0028]空气密度ρ由海拔高EL和绝对温度T计算得到，具体计算如公式10所示：
[0029][0030]土壤湿度因子SW具体计算如公式11～12所示：
[0031][0032][0033]式中，ETP为潜在相对蒸发量，单位为mm,R为降雨量，单位mm,I为灌溉量，单位为mm；Rd为降雨或灌溉的次数或天数；Nd为观测天数；SR为太阳辐射总量，单位为cal/cm2；DT为平均温度；
[0034]雪盖因子SD具体计算如公式13所示：
[0035]SD＝1
‑
P
ꢀꢀ
(13)，
[0036]式中，P为计算时段雪盖深度不小于25.4mm的概率。
[0037]水蚀采用RUSLE模型进行计算，具体计算如公式14所示：
[0038]A＝R
·
K
·
LS
·
C
·
P
ꢀꢀ
(14)，
[0039]式中，A是平均年土壤流失率，R是降雨侵蚀力因子，K为土壤可蚀性因子，LS是结合坡长和坡陡因子S的地形因子，C是植被覆盖因子，P是水土保持因子。
[0040]降雨侵蚀力因子R具体计算如公式15～17所示：
[0041][0042]α＝21..586β
‑
7.1891
ꢀꢀ
(16)，
[0043][0044]式中，R为半月降雨侵蚀力；Pj为半月内第j日的侵蚀性日雨量，且日雨量不小于12mm，否则以0计算；α和β是模型待定参数；；P
d12
为日雨量不小于12mm的日平均雨量，P
y12
为日雨量不小于12mm的年平均雨量，年降雨侵蚀力和月降雨侵蚀力由半月降雨侵蚀力累加得到；
[0045]土壤可蚀性因子K具体计算如公式18所示：
[0046][0047]其中，SAN为砂粒含量；SIL为粉粒含量；CLA为粘粒含量；C为土壤有机碳含量；SNI＝1
‑
SAN/100；
[0048]地形因子LS的具体计算如公式19～20所示：
[0049][0050][0051]式中，λ为坡度长度，θ为坡度角；
[0052]植被覆盖因子C具体计算如公式21所示：
[0053][0054]水土保持因子P根据土地覆盖类型确定数值，土地覆盖类型为耕地数值是0.3、土地覆盖类型为草地数值是0.16、土地覆盖类型为林地为数值是0.05、水域为0、土地覆盖类型为建设用地数值是1、土地覆盖类型为未利用地为数值是1。
[0055]净生态系统碳交换量NEE具体计算如公式22所示：
[0056]NEE＝RH
‑
NPP
ꢀꢀ
(22)，
[0057]式中，NPP为植被净初级生产力；RH为土壤微生物呼吸量；若NEE＜0，则表明植被固定的碳高于土壤排放的碳，表现为碳汇；反之，若NEE＞0，则表现为碳源，土壤中的碳不断的在消耗，会导致地力下降。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，其特征在于，首先获取植被覆盖度FVC，再通过风蚀和水蚀计算得到土壤侵蚀因子ER、通过土壤微生物呼吸碳排放RH和净初级生产力NPP计算得到净生态系统碳交换量NEE和获取相对湿润指数MI；然后通过土壤侵蚀因子ER、植被覆盖度FVC、净生态系统碳交换量NEE和相对湿润指数MI构建生态环境综合评价指标。2.根据权利要求1所述的基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，其特征在于，所述植被覆盖度FVC采用像元二分模型计算，具体计算如公式1所示：式中，NDVI为归一化植被指数，NDVIsoil代表的是无植被覆盖区域或者裸土的NDVI值；NDVIveg代表全部被植被所覆盖区域NDVI值。3.根据权利要求1所述的基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，其特征在于，所述风蚀采用RWEQ模型进行计算，具体计算如公式2～4所示：Q
max
＝109.8
×
(WF
×
EF
×
SCF
×
K
′×
C)
ꢀꢀ
(2)，S＝150.71
×
(WF
×
EF
×
SCF
×
K
′×
C)
‑
0.371
ꢀꢀ
(3)，式中，Q
max
为风力最大运转量，单位为kg/m；S为关键地块长度，单位为m；SL为土壤损失量，单位为t/hm2/a；x为下风向最大风蚀出现距离，单位为m；WF表示气象因子，单位为kg/m；EF表示土壤可侵蚀性因子；SCF表示土壤结皮因子；K
′
表示土壤粗糙度因子；C表示植被覆盖因子。4.根据权利要求3所述的基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，其特征在于，所述土壤可侵蚀性因子EF具体计算如公式5所示：式中，Sa为土壤砂粒含量；Si为土壤粉砂含量；Cl为黏土含量；Sa/Cl为土壤砂粒和黏土含量比；OM表示有机质含量；CaCO3表示碳酸钙含量；所述土壤结皮因子SCF具体计算如公式6所示：式中，Cl为黏土含量，OM表示有机质含量；所述土壤粗糙度因子K
′
具体计算如公式7所示：K
’
＝cosα(7)，式中，α表示地形坡度；所述植被覆盖因子C具体计算如公式8所示：C＝e
‑
0.0438FVC
ꢀꢀꢀ
(8)，所述气象因子WF具体计算如公式9所示，
式中,U2为2m高处风速，单位为m/s；Ut为2m处的起沙临界风速，单位为m/s；Nd表示观测天数,N为一次实验中观察总次数；ρ为空气密度，单位为kg/m3；g表示重力加速度，单位为m/s2；SW为土壤湿度因子；SD为雪盖因子；所述空气密度ρ由海拔高EL和绝对温度T计算得到，具体计算如公式10所示：所述土壤湿度因子SW具体计算如公式11～12所示：所述土壤湿度因子SW具体计算如公式11～12所示：式中，ETP为潜在相对蒸发量，单位为mm,R为降雨量，单位mm,I为灌溉量，单位为mm；Rd为降雨或灌溉的次数或天数；Nd为观测天数；SR为太阳辐射总量，单位为cal/cm2；DT为平均温度；所述雪盖因子SD具体计算如公式13所示：SD＝1
‑
P (13)，式中，P为计算时段雪盖深度不小于25.4mm的概率。5.根据权利要求1所述的基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，其特征在于，所述水蚀采用RUSLE模型进行计算，具体计算如公式14所示：A＝R
·
K
·
LS
·
C
·
P
ꢀꢀ
(14)，式中，A是平均年土壤流失率，R是降雨侵蚀力因子，K为土壤可蚀性因子，LS是结合坡长和坡陡因子S的地形因子，C是植被覆盖因子，P是水土保持因子。6.根据权利要求5所述的基于遥感云计算平台的生态环境评价方法，其特征在于，所述降雨侵蚀力因子R具体计算如公式15～17所示：α＝21.586β
‑
7.1891 (16)，式中，R为半月降雨侵蚀力；Pj为半月内第j日的侵蚀性日雨量，且日雨量不小于12mm，否则以0计算；α和β是模型待定参数；；P
d12
为日雨量不小于12mm的日平均雨量，P
y12
为日雨量不小于12mm的年平均雨量，年降雨侵蚀力和月降雨侵蚀力由半月降雨侵蚀力累加得到；所述土壤可蚀性因子K具体计算如公式18所示：
其中，SAN为砂粒含量；SIL为粉粒含量；CLA为粘粒含量；C为土壤有机碳含量；SNI＝1
‑
SAN/100；所述地形因子LS的具体计算如公式19～20所示：所述地形因子LS的具体计算如公式19～20所示：式中，λ为坡度长度,θ为坡度角；所述植被覆盖因子C具体计算如公式21所示：水土保持因子P根据土地覆盖类型确定数值，土地覆盖类型为耕...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶汪海，邵凡凡，王全九，苏李君，孙燕，马昌坤，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：