本發(fā)明實施例涉及遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)力侵蝕是指風(fēng)力剝蝕、搬運和聚積土壤及其松散母質(zhì)的過程，簡稱風(fēng)蝕。它吹失土壤耕作層中的細(xì)土、養(yǎng)分，使心土甚至巖石裸露，降低土地生產(chǎn)力；在種植季節(jié)使種子裸露，或?qū)τ酌绠a(chǎn)生機械損害；所產(chǎn)生的塵埃土沙進入大氣，還造成環(huán)境污染。風(fēng)力侵蝕尤其發(fā)生在干旱半干旱區(qū)域的風(fēng)力侵蝕，可以導(dǎo)致的土壤養(yǎng)分流失、沙塵暴、植被破壞等問題，甚至導(dǎo)致大面積的荒漠化，嚴(yán)重威脅著區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。因此，對土壤進行風(fēng)力侵蝕的監(jiān)測是一項必要的工作。

土壤風(fēng)蝕的發(fā)生與發(fā)展取決于區(qū)域降水、風(fēng)力等氣候因素和地形、土壤質(zhì)地、植被覆蓋、土壤濕度等可蝕性因子。因此，現(xiàn)有技術(shù)大多數(shù)土壤風(fēng)力侵蝕的研究模型和方法集中在氣候和可蝕性因子上，并試圖通過試驗研究與理論分析相結(jié)合的方法,研究在氣候特征和可蝕性因子之間建立定量關(guān)系，以進一步進行區(qū)域風(fēng)力侵蝕模擬與分析。然而，現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)模型與方法由于數(shù)據(jù)源大多來自地面站點的氣象數(shù)據(jù)和野外樣點輔助數(shù)據(jù)(如植被蓋度等)，缺乏不同空間分布的土地利用、土壤質(zhì)地、土壤濕度等動態(tài)的數(shù)據(jù)支持，只能在特定的時間、對特定的地區(qū)進行土壤風(fēng)蝕的評估。因此很難進行時空動態(tài)的風(fēng)力侵蝕評估，進一步對土壤風(fēng)力侵蝕的監(jiān)測結(jié)果造成了一定程度的影響。

因此，如何提出一種方法，能夠提高土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測的準(zhǔn)確性，成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明實施例提供了一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法，包括：

獲取目標(biāo)區(qū)域的遙感影像，根據(jù)所述遙感影像獲取所述目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)；

根據(jù)所述環(huán)境遙感參數(shù)利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型獲取所述目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下的風(fēng)蝕氣候因子；

根據(jù)所述風(fēng)蝕氣候因子和所述環(huán)境遙感參數(shù)利用土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型獲取所述目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在所述不同的監(jiān)測時空尺度下的土壤風(fēng)蝕量。

進一步地，所述環(huán)境遙感參數(shù)包括：下墊面質(zhì)地、土壤濕度、降水量、潛在蒸發(fā)量和植被覆蓋度。

進一步地，所述風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型為式中：rcwe表示所述風(fēng)蝕氣候因子，s表示監(jiān)測時間步長，u表示2米高處所述監(jiān)測時間步長內(nèi)的平均風(fēng)速，etpi表示所述監(jiān)測時間步長內(nèi)的潛在蒸發(fā)量，pi表示所述監(jiān)測時間步長內(nèi)的降水量。

進一步地，所述土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型為式中：re表示所述土壤風(fēng)蝕量，m表示約束系數(shù)，0<m<1，e0表示參考土壤在無覆蓋下的單位風(fēng)蝕因子下的風(fēng)蝕量，cwe表示所述風(fēng)蝕氣候因子，k表示經(jīng)驗系數(shù)，k>0，ct表示所述目標(biāo)地區(qū)的植被覆蓋度。

進一步地，所述方法還包括：利用公式m＝m1×m2×m3×m4獲取所述約束系數(shù)；

式中：m1表示土地類型約束系數(shù)，m2表示下墊面質(zhì)地約束系數(shù)，m3表示土壤濕度約束系數(shù)，m4表示土壤表層覆蓋約束系數(shù)，其中m1、m2、m3、m4的取值均為0到1之間常數(shù)。

進一步地，所述方法還包括：根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域的遙感影像獲取所述土地類型約束系數(shù)。

進一步地，根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域的遙感影像，利用衛(wèi)星反演技術(shù)獲得所述目標(biāo)區(qū)域的降水量。

進一步地，通過衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取所述目標(biāo)區(qū)域的瞬時潛在蒸發(fā)量，根據(jù)所述瞬時潛在蒸發(fā)量獲取所述目標(biāo)區(qū)域在所述監(jiān)測時間內(nèi)的潛在蒸發(fā)量。

另一方面，本發(fā)明實施例提供一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

遙感數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取目標(biāo)區(qū)域的遙感影像，根據(jù)所述遙感影像獲取所述目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)；

風(fēng)蝕氣候因子獲取單元，用于根據(jù)所述環(huán)境遙感參數(shù)利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型獲取所述目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下的風(fēng)蝕氣候因子；

土壤風(fēng)蝕量監(jiān)測單元，用于根據(jù)所述風(fēng)蝕氣候因子和所述環(huán)境遙感參數(shù)利用土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型獲取所述目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在所述不同的監(jiān)測時空尺度下的土壤風(fēng)蝕量。

進一步地，所述環(huán)境遙感參數(shù)包括：下墊面質(zhì)地、土壤濕度、降水量、潛在蒸發(fā)量和植被覆蓋度。

本發(fā)明實施例提供的基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法和系統(tǒng)，利用遙感影像，獲取目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)，進一步利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型獲得目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)蝕氣候因子，結(jié)合植被覆蓋度，利用土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型可以獲得目標(biāo)區(qū)域不同時間和不同空間分布的土壤風(fēng)蝕量。實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域任何時間任何空間的土壤風(fēng)蝕監(jiān)測，實現(xiàn)了時空動態(tài)的土壤風(fēng)蝕評估，提高了土壤風(fēng)蝕評估的準(zhǔn)確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中又一基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中日潛在蒸發(fā)余弦曲線變化圖；

圖4為本發(fā)明實施例中基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明實施例中基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法流程示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法包括：

s1、獲取目標(biāo)區(qū)域的遙感影像，根據(jù)所述遙感影像獲取所述目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)；

s2、根據(jù)所述環(huán)境遙感參數(shù)利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型獲取所述目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下監(jiān)測時間內(nèi)的風(fēng)蝕氣候因子；

s3、根據(jù)所述風(fēng)蝕氣候因子和所述環(huán)境遙感參數(shù)利用土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型獲取所述目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在所述不同的監(jiān)測時空尺度下的土壤風(fēng)蝕量。

具體地，獲取目標(biāo)區(qū)域的遙感影像，根據(jù)獲取到的遙感影像可以獲取到目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)，所述環(huán)境遙感參數(shù)包括：下墊面質(zhì)地、土壤濕度、降水量、潛在蒸發(fā)量和植被覆蓋度，當(dāng)然根據(jù)需要還可以包括其他環(huán)境遙感參數(shù)，此外，根據(jù)需要還可以獲取目標(biāo)區(qū)域在監(jiān)測時間內(nèi)的平均風(fēng)速。因為遙感影像可以是衛(wèi)星圖片，這樣根據(jù)遙感影像可以獲取到目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面任何時間內(nèi)的環(huán)境遙感參數(shù)，并且可以獲取到不同特征的下墊面的目標(biāo)區(qū)域的任何空間格局的目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)。目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面是指目標(biāo)區(qū)域的下墊面質(zhì)地不同的區(qū)域。獲取到目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)后，根據(jù)獲取到的環(huán)境遙感數(shù)利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型獲取目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下的風(fēng)蝕氣候因子。即獲取目標(biāo)區(qū)域不同監(jiān)測時間不同空間分布對應(yīng)的風(fēng)蝕氣候因子。再根據(jù)風(fēng)蝕氣候因子與土壤風(fēng)蝕強弱程度之間的關(guān)系，利用土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型獲取目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下的土壤風(fēng)蝕量，完成對目標(biāo)區(qū)域土壤風(fēng)蝕的監(jiān)測。

本發(fā)明實施例提供的基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法，利用遙感影像，獲取目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面的不同的監(jiān)測時空尺度下環(huán)境遙感參數(shù)，利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型和土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型可以實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域任何時間任何空間的土壤風(fēng)蝕監(jiān)測，實現(xiàn)時空動態(tài)的土壤風(fēng)蝕評估，提高了土壤風(fēng)蝕評估的準(zhǔn)確性。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型為

式中：rcwe表示所述風(fēng)蝕氣候因子，s表示監(jiān)測時間步長，u表示2米高處所述監(jiān)測時間步長內(nèi)的平均風(fēng)速，etpi表示所述監(jiān)測時間步長內(nèi)的潛在蒸發(fā)量，pi表示所述監(jiān)測時間步長內(nèi)的降水量。

具體地，本發(fā)明實施例中使用的是遙感數(shù)據(jù)，即可以獲取任何時間任何空間格局的目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)，并對風(fēng)蝕氣候因子的計算方法做了適應(yīng)性的改進。本發(fā)明實施例根據(jù)獲取到的目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)，利用如下公式(1)獲取目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)蝕氣候因子：

式中：rcwe——表示風(fēng)蝕氣候因子；

s——表示監(jiān)測時間步長，即預(yù)設(shè)的固定時間步長，可以取1天、5天、7天、1個月等；

u——表示2米高處監(jiān)測時間步長內(nèi)的平均風(fēng)速(m/s)；

etpi——表示監(jiān)測時間步長內(nèi)的潛在蒸發(fā)量(mm)；

pi——表示監(jiān)測時間步長內(nèi)的降水量(mm)。

可以看出，只要獲取到目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)，即可以根據(jù)上述公式(1)獲得目標(biāo)區(qū)域在任意監(jiān)測時間內(nèi)的風(fēng)蝕氣候因子。本發(fā)明實施例可以獲取任何時間任何空間的的環(huán)境遙感參數(shù)，并且根據(jù)獲取的環(huán)境遙感參數(shù)的特點，對風(fēng)蝕氣候因子的獲取方法做了相應(yīng)的改進，可以獲取任何時間任何空間的風(fēng)蝕氣候因子，可以實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域任何時間任何空間的土壤風(fēng)蝕監(jiān)測，實現(xiàn)時空動態(tài)的土壤風(fēng)蝕評估，提高了土壤風(fēng)蝕評估的準(zhǔn)確性。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述所述土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型為式中：re表示所述土壤風(fēng)蝕量，m表示約束系數(shù)，0<m<1，e0表示參考土壤在無覆蓋下的單位風(fēng)蝕因子下的風(fēng)蝕量，cwe表示所述風(fēng)蝕氣候因子，k表示經(jīng)驗系數(shù)，k>0，ct表示所述目標(biāo)地區(qū)的植被覆蓋度。

具體地，根據(jù)獲取的環(huán)境遙感參數(shù)獲取到風(fēng)蝕氣候因子后，因為風(fēng)蝕氣候因子的動態(tài)變化、植被覆蓋地面的時空變化及風(fēng)蝕強弱程度三者之間具有良好的相關(guān)性。以此為基礎(chǔ)，根據(jù)土壤風(fēng)蝕程度與植被覆蓋度狀況之間的關(guān)系、土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)蝕氣候因子之間的關(guān)系及土壤風(fēng)蝕量、風(fēng)蝕氣候因子之間與植被覆蓋度都具有隨時間變化的特點，本發(fā)明實施例采用如下公式(2)獲取目標(biāo)區(qū)域的土壤風(fēng)蝕量：

式中：re——表示土壤風(fēng)蝕量，10³kg.km^-2；

m——表示約束系數(shù)，0<m<1；

e0——表示參考土壤在無覆蓋下的單位風(fēng)蝕因子下的風(fēng)蝕量，10³kg·km^-2，對于特定的地區(qū)e0是一個常數(shù)；

cwe——表示風(fēng)蝕氣候因子；

k——表示經(jīng)驗系數(shù)，k>0，是一個預(yù)設(shè)值；

ct——表示目標(biāo)地區(qū)的植被覆蓋度。

式中t為時間(月)，t1、t2為上下限，如：若監(jiān)測時間為月則t1、t2的取值范圍為1～12，若監(jiān)測時間為天則t1、t2的取值范圍為1～365，若監(jiān)測時間為5天則取值范圍為1～73(365/5＝73)等?？梢钥闯觯鶕?jù)上述公式(1)、(2)可以獲取到一年內(nèi)任意目標(biāo)區(qū)域任意時間范圍內(nèi)的土壤風(fēng)蝕量e。

此外，上述公式(2)中的約束系數(shù)m可以采用如下公式(3)獲?。?/p>

m＝m1×m2×m3×m4(3)

式中：m1——表示土地類型約束系數(shù)，其中土地類型可以包括：農(nóng)田、城市、林地、草地、水體、沙漠等；

m2——表示下墊面質(zhì)地約束系數(shù)，其中下墊面質(zhì)地可以包括：石質(zhì)、沙質(zhì)、土質(zhì)、水泥地等；

m3——表示土壤濕度系數(shù)；

m4——表示土壤表層覆蓋約束系數(shù)，土壤表層覆蓋可以包括：雪蓋、表層結(jié)殼等；

其中m1、m2、m3和m4均為大于0小于1的常數(shù)。

m1中的土地利用類型主要來自遙感影像分類得到的結(jié)果，根據(jù)土地利用類型分別賦值，即可以預(yù)先根據(jù)遙感影像對各個區(qū)域的土地利用類型進行分類，將不同的土地利用類型賦予不同的值作為土地利用類型系數(shù)。這樣可以根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的遙感影像獲取目標(biāo)區(qū)域的土地利用類型，再根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的土地利用類型設(shè)置土地類型約束系數(shù)m1。m2為下墊面質(zhì)地系數(shù)，可以結(jié)合遙感數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)和野外調(diào)查數(shù)據(jù)綜合研判，設(shè)置目標(biāo)區(qū)域的下墊面質(zhì)地系數(shù)m2；m3為土壤濕度系數(shù)，可以通過微波遙感反演的技術(shù)與方法得到表層土壤濕度，進一步設(shè)置土壤濕度系數(shù)m3；m4為土壤表層覆蓋系數(shù)，可以使用微波或光學(xué)遙感得到雪蓋、結(jié)殼等覆蓋信息，根據(jù)獲取到的目標(biāo)區(qū)域的土壤表層覆蓋信息，設(shè)置土壤表層覆蓋系數(shù)m4。

圖2為本發(fā)明實施例中又一基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法流程示意圖，如圖2所示，根據(jù)遙感圖像，獲取到目標(biāo)區(qū)域的平均風(fēng)速、降水量、潛在蒸發(fā)量和植被覆蓋度等環(huán)境遙感參數(shù)后，對數(shù)據(jù)進行簡單的處理，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域在監(jiān)測時間內(nèi)的平均風(fēng)速u、降水量pi、以及潛在蒸發(fā)量etpi，可以利用上述公式(1)獲取到目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)蝕氣候因子，再結(jié)合植被覆蓋度ct，利用上述公式(2)，即可以得到目標(biāo)區(qū)域的土壤風(fēng)蝕量。

可以看出，通過衛(wèi)星遙感影像，利用微波遙感反演等技術(shù)，獲取到目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)以及約束系數(shù)后，即可以利用上述公式(1)、(2)和(3)獲取到目標(biāo)區(qū)域任意時間內(nèi)的風(fēng)蝕氣候因子和土壤風(fēng)蝕量，實現(xiàn)土壤風(fēng)蝕的監(jiān)測。關(guān)于目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)可以采用如下方法進行獲?。?/p>

關(guān)于降水量，本發(fā)明實施例可以根據(jù)獲得的遙感影像，通過時間序列的trmm、fy系列衛(wèi)星反演可以得到目標(biāo)區(qū)域的降水分布數(shù)據(jù)，進一步可以得到任何時間步長和任何空間格局的降水量數(shù)據(jù)。

關(guān)于潛在蒸發(fā)量，本發(fā)明實施例可以通過衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取所述目標(biāo)區(qū)域的瞬時潛在蒸發(fā)量，根據(jù)所述瞬時潛在蒸發(fā)量獲取所述目標(biāo)區(qū)域在所述監(jiān)測時間內(nèi)的潛在蒸發(fā)量。具體可以采用如下方法獲得目標(biāo)區(qū)域在監(jiān)測時間內(nèi)的潛在蒸發(fā)量：

priestley-taylor是在平衡蒸發(fā)(當(dāng)下墊面上空的空氣趨于飽和或當(dāng)下墊面的濕度與空氣相等時的蒸發(fā))的基礎(chǔ)上，引入常數(shù)α，從而推導(dǎo)出無平流條件下潛在蒸散發(fā)的計算公式，其與penman公式的主要差別在于沒有考慮空氣動力項，priestley-taylor公式的表達式如下公式(4)：

式中：etp——為潛在蒸散發(fā)，mm；α——為priestley-taylor系數(shù)；rn——為地表凈輻射量，w/m2；g——為土壤熱通量，w/m²；λ——為汽化潛熱，mj/kg；δ為——飽和水氣壓-溫度曲線斜率，kpa/℃；γ為干濕表常數(shù)，kpa/℃；。關(guān)于α的取值，分析了海洋和大陸范圍飽和陸面資料，認(rèn)為α最佳取值為1.26。

其中，飽和水汽壓曲線斜率δ可以采用如下公式(5)計算：

式中：ta——氣溫，℃。

干濕表常數(shù)可以采用如下公式(6)計算：

式中：cp——為空氣定壓比熱，取值1.013×10^-3mj.kg^-1.℃^-1(指一定氣壓下，單位體積的空氣溫度升高1℃所需的能量為1.013×10^-3mj·kg^-1·℃^-1)；pr是大氣壓，kpa；ε是水汽分子量與干空氣分子量之比，值為0.622；λ是汽化潛熱，取值2.45mj/kg；

其中汽化潛熱λ也可通過下式(7)計算：

λ＝2.50-0.0022ta(7)

式中：ta——氣溫，℃。

其中，區(qū)域尺度上大氣壓基于海拔估算，具體可以采用如下公式(8)：

式中：h——為海拔高度，m，由dem圖獲取。

通過上述公式(4)-(8)可以計算出瞬時潛在蒸散發(fā)量，而本發(fā)明實施例中所需的為日潛在蒸散發(fā)量，需進行轉(zhuǎn)換。在晴朗天氣條件下，農(nóng)田上太陽輻射平衡各分量和農(nóng)田蒸散量的日變化曲線呈正弦變化形式。因此，本發(fā)明實施例采用正弦曲線法求算潛在蒸散發(fā)的日過程，當(dāng)達到農(nóng)田上的凈輻射與土壤熱通量之差為零時，蒸發(fā)速率為零，一般出現(xiàn)在日出后1小時和日出前1小時左右，圖3為本發(fā)明實施例中日潛在蒸發(fā)余弦曲線變化圖，如圖3所示，潛在蒸散發(fā)的日變化過程呈現(xiàn)余弦曲線的變化趨勢。最大潛在蒸散發(fā)量出現(xiàn)在當(dāng)?shù)卣鐣r間，通過該最大值可計算出曲線上任何時間點的潛在蒸散發(fā)，具體可以采用如下公式(9)進行計算：

式中：etp_max——為日最大潛在蒸散發(fā)量；t為任意時間點，trise，tset分別為日出時間和日落時間，分別對應(yīng)凈輻射變?yōu)檎妥優(yōu)樨?fù)的當(dāng)?shù)貢r間，可通過緯度和日期計算得到。

通過遙感技術(shù)能獲取衛(wèi)星過境時刻的凈輻射量以及大氣溫度可由priestley-taylor公式估算衛(wèi)星過境時刻的瞬時潛在蒸散發(fā)量，結(jié)合余弦曲線法即可估算日最大潛在蒸散發(fā)量，具體可以采用如下公式(10)進行計算：

式中：inetp為衛(wèi)星過境時刻的潛在蒸散發(fā)，tpass為衛(wèi)星過境時刻的當(dāng)?shù)貢r間。

由此，日潛在蒸散發(fā)總量可以采用如下公式(11)進行計算：

通過上述方法，即可計算出有遙感數(shù)據(jù)的日潛在蒸散發(fā)量，當(dāng)然根據(jù)需要改變積分上下限可以獲取任意時間內(nèi)的潛在蒸發(fā)量。

對于植被覆蓋度，可以采用如下公式(12)獲得：

式中，ct——為植被覆蓋度，ndvi——為歸一化植被指數(shù)，ndvimax——為ndvi的最大值，ndvimin——為ndvi的最小值，binr——為近紅外波段的反射率，br——為紅波段的反射率。

本發(fā)明實施例提供的基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法，利用遙感影像，獲取目標(biāo)區(qū)域的不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下環(huán)境遙感參數(shù)，進一步獲得目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下的風(fēng)蝕氣候因子，結(jié)合植被覆蓋度，可以獲得目標(biāo)區(qū)域的土壤風(fēng)蝕量。實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域任何時間任何空間的土壤風(fēng)蝕監(jiān)測，實現(xiàn)了時空動態(tài)的土壤風(fēng)蝕評估，提高了土壤風(fēng)蝕評估的準(zhǔn)確性。

圖4為本發(fā)明實施例中基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測系統(tǒng)包括：遙感數(shù)據(jù)獲取單元41、風(fēng)蝕氣候因子獲取單元42和土壤風(fēng)蝕量監(jiān)測單元43，其中：

遙感數(shù)據(jù)獲取單元41用于獲取目標(biāo)區(qū)域的遙感影像，根據(jù)所述遙感影像獲取所述目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)；風(fēng)蝕氣候因子獲取單元42用于根據(jù)所述環(huán)境遙感參數(shù)利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型獲取所述目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下的風(fēng)蝕氣候因子；土壤風(fēng)蝕量監(jiān)測單元43用于根據(jù)所述風(fēng)蝕氣候因子和所述環(huán)境遙感參數(shù)利用土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型獲取所述目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在所述不同的監(jiān)測時空尺度下的土壤風(fēng)蝕量。

具體地，遙感數(shù)據(jù)獲取單元41獲取目標(biāo)區(qū)域的遙感影像，根據(jù)獲取到的遙感影像可以獲取到目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)，環(huán)境遙感參數(shù)包括：下墊面質(zhì)地、土壤濕度、降水量、潛在蒸發(fā)量和植被覆蓋度，當(dāng)然根據(jù)需要還可以包括其他環(huán)境遙感參數(shù)，此外，根據(jù)需要還可以獲取目標(biāo)區(qū)域在監(jiān)測時間內(nèi)的平均風(fēng)速。因為遙感影像可以是衛(wèi)星圖片，這樣根據(jù)遙感影像可以獲取到目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面任何時間內(nèi)的環(huán)境遙感參數(shù)，并且可以獲取到不同特征的下墊面的目標(biāo)區(qū)域任何空間格局的目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)。獲取到目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)后，風(fēng)蝕氣候因子獲取單元42根據(jù)獲取到的環(huán)境遙感數(shù)利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型獲取目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下的風(fēng)蝕氣候因子。土壤風(fēng)蝕量監(jiān)測單元43再根據(jù)風(fēng)蝕氣候因子與土壤風(fēng)蝕強弱程度之間的關(guān)系，利用土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型獲取目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面在不同的監(jiān)測時空尺度下的土壤風(fēng)蝕量，完成對目標(biāo)區(qū)域土壤風(fēng)蝕的監(jiān)測。

其中，目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境遙感參數(shù)的獲取方法以及風(fēng)蝕氣候因子、土壤風(fēng)蝕量的具體計算方法，同上述實施例一致，此處不再贅述。

本發(fā)明實施例提供的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測系統(tǒng)用于執(zhí)行上述方法，其具體實施方式同上述實施例一致，此處不再贅述。

本發(fā)明實施例提供的基于遙感數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)力侵蝕監(jiān)測方法和系統(tǒng)，利用遙感影像，獲取目標(biāo)區(qū)域不同特征的下墊面的不同的監(jiān)測時空尺度下環(huán)境遙感參數(shù)，利用風(fēng)蝕氣候因子優(yōu)化模型進一步獲得目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)蝕氣候因子，結(jié)合植被覆蓋度，利用土壤風(fēng)蝕量估算優(yōu)化模型可以獲得目標(biāo)區(qū)域的土壤風(fēng)蝕量。實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域任何時間任何空間的土壤風(fēng)蝕監(jiān)測，實現(xiàn)了時空動態(tài)的土壤風(fēng)蝕評估，提高了土壤風(fēng)蝕評估的準(zhǔn)確性。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。