一种基于追迹计算的冰川草场分布范围确定方法

摘要

本发明公开了一种基于追迹计算的冰川草场分布范围确定方法，包括步骤：(1)采用确定坡面冰川草场分布范围的方法，得到坡面冰川融水补给的范围；以及采用确定河流两侧冰川草场分布范围的方法，得到河流两侧冰川融水补给的范围；(2)将所述坡面冰川融水补给范围和河流两侧冰川融水补给范围进行合并，根据土地利用图，提取所述合并范围内存在草地的部分，该部分即为冰川草场分布范围。该发明以水文地貌学理论为指导，通过冰川融水流向进行追迹计算，结合土地利用情况，可以得到冰川草场的分布范围；对草场分布、草地退化等问题的研究有一定的参考作用，同时还能对研究高寒草甸的水源补给类型以及水源解析提供技术支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及水文学、地貌学领域中的水流流向问题，具体涉及一种基于追迹计算的冰川草场分布范围确定方法。

背景技术

草场作为高寒生态系统中重要的组成部分，对维持生态系统的稳定有着至关重要的作用。草场可以保持水土，防止土地沙化，草场作为一种资源，可以载畜，带来经济效益，然而近年来由于人为不合理的活动，特别是过度放牧，使得高寒草场发生不同程度的退化，亟待修复。研究草场的水分主要来源有利于从水循环的角度对草场的载畜量进行评估，从而为科学、合理利用草场提出理论依据。

目前，对于草场的研究主要涉及分布范围的变化及变化原因、载畜量的探讨、草场管理等方面，对草场水分补给来源的研究较为缺乏，而对冰川融水补给草场的研究也较少。目前对于草场分布范围，基本是依据土地利用分布情况或者卫星遥感反演的方法来确定，这种方法可以较为精确地确定草场的整体分布范围，却无法甄别不同水源补给类型的草场分布。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于追迹计算的冰川草场分布范围确定方法，该方法可以较为准确的确定冰川融水补给草场的范围，从而遴选出冰川草场的分布情况，为冰川融水及草场研究提供更为准确的空间分布。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于追迹计算的冰川草场分布范围确定方法，包括步骤：

(1)采用确定坡面冰川草场分布范围的方法，得到坡面冰川融水补给的范围；以及采用确定河流两侧冰川草场分布范围的方法，得到河流两侧冰川融水补给的范围；

(2)将所述坡面冰川融水补给范围和河流两侧冰川融水补给范围进行合并，根据土地利用图，提取所述合并范围内存在草地的部分，该部分即为冰川草场分布范围。

本发明的有益效果为，本方法以水文地貌学理论为指导，通过冰川融水流向进行追迹计算，结合土地利用情况，可以较为准确的确定冰川融水补给草场的范围，从而遴选出冰川草场的分布情况，为冰川融水及草场研究提供更为准确的空间分布；对草场分布、草地退化等问题的研究有一定的参考作用，同时还能对研究高寒草甸的水源补给类型以及水源解析提供帮助。

进一步，所述步骤(1)中确定坡面冰川草场分布范围的方法包括以下步骤：

(11)通过遥感或土地利用图获取冰川的轮廓范围；通过DEM提取山脊线某一侧冰川所在的流域以及流域内的主要河流；

(12)获得冰川边界与流域边界的两个交点；

(13)计算所述交点的融水流向轨迹线；

(14)根据所述融水流向轨迹线得到以冰川下边界、两条流向轨迹线以及坡脚处河流为边界的坡面径流范围A1；

(15)计算所述范围A1内的面上有效降水量和蒸腾量；

(16)提取所述范围A1中有效降水量比蒸腾量小的范围，得到坡面冰川融水补给范围。

进一步，所述步骤(13)中的计算所述交点的融水流向轨迹线采用DEM数据通过ArcGIS软件中Hydrology模块的流向功能计算。

进一步，所述步骤(16)中提取所述范围A1中有效降水量比蒸腾量小的范围是通过ArcGIS软件中Extraction功能提取有效降水量比蒸腾量小的栅格获得。

进一步，所述步骤(1)中确定河流两侧冰川草场分布范围的方法包括以下步骤：

(11)通过DEM提取山脊线某一侧冰川所在的流域以及流域内的主要河流，选取干流所在的流域范围A2；

(12)计算所述流域范围A2内的面上有效降水量和蒸腾量，若有效降水量比蒸腾量小，则执行步骤(13)进行进一步判断，否则认为河流两侧没有冰川草场分布；

(13)计算整个流域内的降水量和径流量，若降水量小于径流量，则提取步骤(12)中计算的有效降水量比蒸腾量小的范围，得到河流两侧冰川融水补给范围。

进一步，流域范围A2，通过ArcGISl软件中Hydrology模块实现。

进一步，所述蒸腾量包括非降水时段的蒸腾量和降水时段的蒸腾量。

进一步，所述有效降水量的计算采用下述公式：

PE＝P-ET-R

其中，PE为面A1或A2上的有效降水量，P为面A1或A2上的降水量，ET为降水量时段T内的蒸腾量，R为面A1或A2上的产流量。

进一步，所述降水量通过卫星遥感数据获得，蒸腾量通过NOAA/AVHRR和Landsat卫星遥感数据获得；产流量通过水文站点数据采用比拟法获得。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明方法的三维原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，图1示出了基于追迹计算的冰川草场分布范围确定方法的流程图；冰川草场一般指主要由冰川融水补给的草场，包括以下两部分冰川草场的范围：第一部分为坡面上的冰川融水补给草场，简称为坡面冰川草场；第二部分为冰川融水进入河道后通过河流侧渗或者洪泛作用补给的草场，简称为河流两侧冰川草场。本发明所要解决的技术问题是提供一种基于追迹计算的冰川草场分布范围确定方法，该方法可以较为准确的确定冰川融水补给草场的范围，从而遴选出冰川草场的分布情况，为冰川融水及草场研究提供更为准确的空间分布，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

(1)采用确定坡面冰川草场分布范围的方法，得到坡面冰川融水补给的范围；以及采用确定河流两侧冰川草场分布范围的方法，得到河流两侧冰川融水补给的范围；

其中，确定坡面冰川草场分布范围的方法包括以下步骤：

(11)通过遥感或土地利用图获取冰川的轮廓范围；通过DEM提取山脊线某一侧冰川所在的流域以及流域内的主要河流，其中流域出口可选在下游最近的水文站点；

(12)获得冰川边界与流域边界的两个交点；

其中，冰川边界以及冰川所在流域的边界均确定后，其中冰川所在的山脊线为所述流域边界的一部分，该山脊线与冰川边界线存在两个交点，此即为冰川边界与流域边界的两个交点，根据DEM数据运用ArcGIS软件中“Hydrology”模块的流向功能计算所述两交点的融水流向轨迹线。融水流向是指融水离开每一个栅格单元时的指向，有八个可能的方向值，对应着水可以流入八个相邻的网格中之一，判断依据是水流会流向与中间网格的高度差相差最大的周边8个网格中的一个网格。由于每个网格的来水方向和水流出方向是唯一确定的，因此可以依据此原理确定某一点的融水所能流经的全部网格，这些网络连接起来就是一条流向轨迹线。

(13)计算所述交点的融水流向轨迹线；

(14)根据所述融水流向轨迹线得到以冰川下边界、两条流向轨迹线以及坡脚处河流为边界的坡面径流范围A1；

(15)计算所述范围A1内的面上有效降水量PE1和非降水量时段的蒸腾量EV1，其中有效降水量的计算采用下述公式：

PE1＝P1-ET1-R1

其中，PE1为面A1上的有效降水量量，P1为面A1上的降水量量，ET为降水量时段T内的蒸腾量，R1为面A1上的产流量；

降水量可以通过卫星遥感数据获得，例如TRMM(Tropical Rainfall M easuring Mission，数据获取地址为ftp://disc2.nascom.nasa.gov/data/)、GSMaP(Global Satellite Mapping of Precipitation，http://shara ku.eorc.jaxa.jp/GSMaP_crest/index.html)、GPCP(Global Precipitatio n Climatology Project，ftp://ftp.cpc.ncep.noaa.gov/precip/GPCP_PEN_RT/data/)、CMORPH(Climate Prediction Center Morphing Technique，ftp://ftp.cpc.ncep.noaa.gov/precip/global_CMORPH)等数据获得；蒸腾量通过NOAA/AVHRR和Landsat卫星遥感数据获得；产流量通过水文站点数据采用比拟法获得。

非降水量时段的蒸腾量EV1同样通过NOAA/AVHRR和Landsat卫星遥感数据获得。

(16)提取所述范围A1中有效降水量比蒸腾量小的范围，得到坡面冰川融水补给的范围，通过ArcGIS软件“Extraction”功能提取PE1-EV1<0的栅格获得；

其中确定河流两侧冰川草场分布范围的方法包括以下步骤：

(11)根据所述确定坡面冰川草场分布范围的方法的步骤1中提取的流域以及流域内的主要河流，选取干流所在的流域范围A2，通过ArcGISl软件“Hydrology”模块实现；

(12)计算所述范围A2内的面上有效降水量和蒸腾量，若有效降水量比蒸腾量小，则执行步骤进行进一步判断，否则认为河流两侧没有冰川草场分布；计算所述范围A2内的面上有效降水量PE2和非降水量时段的蒸腾量EV2，若存在PE2<EV2的部分，说明范围A2内存在除降水量以外的水源补给，则执行步骤(13)进行进一步判断，否则认为河流两侧没有冰川草场分布；其中面A2上的有效降水量计算公式如下：

PE2＝P2-ET2-R2

其中，PE2为面A2上的有效降水量量，P2为面A2上的降水量量，ET2为降水量时段T内的蒸腾量，R2为面A2上的产流量；

(13)计算整个流域内的降水量P和径流量R，若降水量P小于径流量R，说明河道中的径流组成中有除降水量产流以外的其他水源，在冰川地区地下水稳定、土壤层较薄、土壤含水量少，因此可能的另外一种补给水源只能是冰川融水，则提取步骤(12)中计算的有效降水量比蒸腾量小的范围，得到河流两侧冰川融水补给范围。

(3)将所述坡面冰川融水补给范围和河流两侧冰川融水补给范围进行合并，根据土地利用图，提取上述合并范围内存在草地的部分，该部分即为冰川草场分布范围，可运用ArcGIS软件中“Intersect”工具实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。