[发明专利]一种沙漠边缘扩展速度的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，具体地，涉及一种沙漠边缘扩展速度的预测方法。

背景技术

为全面掌握沙漠的现状和发展动态，为国家防沙治沙提供科学判据，开展沙漠监测和评价是一项十分必要的工作。

遥感是采集沙漠现状及其变化信息的重要技术手段。国内外已经对运用遥感技术进行沙漠监测做了大量的研究。国外利用卫星遥感进行沙漠监测研究始于20世纪70年代，当时人们多用植被指数所反映的土地退化来表示沙质荒漠化以及土壤盐渍化所带来的荒漠化。

进入80年代，多波段、多时相的遥感数据被广泛应用于荒漠化监测以及植被图与土地利用图的制作，这一时期，主要是结合荒漠地表及荒漠植被的光谱特征实验进行目视判读。90年代以来，遥感数据源更加丰富，方法日趋成熟，常用的遥感数据有美国的Landsat 的TM与MSS，法国的SPOT、印度的IRS以及高光谱MODIS等卫星遥感数据。

尽管遥感数据的光谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率和空间分辨率在不断提高，但目视判读仍是荒漠化研究和动态分析的主要手段，与以前不同的是研究的内容更加广泛，开始考虑地形起伏、沟谷信息在荒漠化分类、分级中的作用等。然而迄今为止，观测范围也只能局限于沙丘场中的局部的若干个沙丘,还无法对沙漠边缘扩展进行长时间的实时观测，仅能辨识出沙质地表情况；无法辨识沙源厚度，更无法对沙漠边缘扩展过程进行再现和预测了。

随着计算机技术的发展，人们开始尝试通过求解连续介质理论的初边值问题和制定若干简单的规则，由计算机反复操作这些规则直到给出沙丘或沙丘场的大致形貌。

在对单一沙丘的模拟方面，最具代表性的工作是Sauermann等提出的连续沙丘模型。该模型能够再现出与实际沙丘形态吻合较好的新月形沙丘，并能够应用于火星沙丘和沙丘间碰撞行为的研究。但是，由于模拟结果在很大程度上依赖于所给定的初始构型尺度，特别是当沙丘场中有较多不同大小的沙丘时，相应的流场难以准确计算，且计算量大。尽管该方法已经推广到沙丘碰撞行为以及火星沙丘的研究，但要应用该方法模拟整个沙丘场形成和发展过程，还非常困难。

在对沙丘场模拟的方面，比较具有代表性的工作分别是Werner建立的沙丘场元胞自动机模型和Nishimori建立的沙丘场映射格子模型。他们的探索近乎成功。他们所给出的沙丘场图案能够体现出沙源和风向的影响。但是，所制定的操作规则过于脱离风沙运动的实际过程，并没有从本质上反映风沙运动的机理。比如：人为规定体积元的尺寸并规定这些体积元每次向前移动5个体积元长度的距离。因而所给出的结果仅仅是与实际沙丘场形貌相似的图案，无法给出与真实的沙漠边缘扩展相对应的时间和空间尺度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在测量难度大与测量结果实用性差等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种沙漠边缘扩展速度的预测方法，以实现测量难度小与测量结果实用性强的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种沙漠边缘扩展速度的预测方法，包括：

a、建立沙漠边缘扩展速度预测模型；

b、获取至少包括沙漠边缘某时刻的地表形态、地表植被盖度和高度、以及风速变化信息中至少一种的模拟沙漠边缘沙化过程所需基础数据，并输入所述沙漠边缘扩展速度预测模型；

c、所述沙漠边缘扩展速度预测模型，基于输入的模拟沙漠边缘沙化过程所需基础数据，对相应沙漠边缘的沙化过程进行定量模拟处理，得到相应沙漠边缘在相应时刻的定量模拟画面；

d、基于所述沙漠边缘扩展速度预测模型定量模拟处理所得定量模拟画面，提取相应沙漠边缘在不同时刻的床面信息；

e、基于提取所得相应沙漠边缘在不同时刻的床面信息，对相应沙漠边缘在不同时刻的床面信息进行对比，获取相应沙漠边缘的沙化过程扩展速度在时间和空间上的变化规律。

进一步地，步骤a具体包括：

a1、计算区域划分，即，将待模拟的计算区域按照地表情况，划分为三类性质的区域，即沙漠区域、过渡区域与绿洲区域，其中：

在所述沙漠区域中，没有植被覆盖，仅有以横向沙丘为主的沙丘；

在所述过渡区域，有植被覆盖，还有以单个新月形沙丘为主的沙丘；

在所述绿洲区域，有植被覆盖，没有沙丘；

a2、沙床的离散化，即，将床面离散为长度为L、宽度为W、以及高度为床面高度H的沙体元；该沙体元为表征沙粒群体质量的物质单元；