Transcript 第一次全国水利普查技术细则

全国水土流失普查技术细则
水利部水土保持监测中心
2010年4月27日
提 纲
一、水土流失普查遥感影像处理技术细则
二、水土流失普查专题信息提取技术细则
三、水土流失普查强度判别与成果处理技
术细则
一、普查内容
（1）流失状况
科学评价全国不同土壤侵蚀类型的现
状，包括土壤侵蚀的分布、面积、流失量
及侵蚀强度。
二、普查对象
（2）水土流失影响因子
– 水力侵蚀区主要调查

降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、地形因子、生物措施因子、工
程措施措施因子以及耕作措施因子；
– 风力侵蚀区主要调查

土壤可蚀性因子、风蚀气候因子、地表粗糙度因子、沿盛行风向的
风蚀有效长度和植被覆盖因子；
– 冻融侵蚀区主要调查

年冻融日循环天数、年均冻融相变水量、年均降水量、坡度、坡向、
植被盖度等因子。
三、普查流程
科学方法
技术流程
组织实施
土壤侵蚀模型计算
县级：野外调
查填表、填图
野外调查单元数据采集
省级：野外调
查单元数字化
RS与GIS技术
拓展野外调查单元数据
中央：模型计
算、成果汇总
一、普查内容与技术路线
1.2
普查技术路线：
应用土壤侵蚀模型计算土壤侵蚀量，保障可重复性
构建全国土壤侵蚀抽样调查体系，加强地面调查工
作
 运用RS与GIS技术，构建全国土壤侵蚀影响因子空
间数据库，拓展地面调查的点状数据到空间面状尺度
多源空间数据整合
多要素整合
多数据类型整合
 气象
 矢量：土地利用图、土壤图
 地形
 栅格：DEM、遥感影像
 土壤
 属性：气象、土壤属性、水保措施
 植被
 水土保持措施
土壤侵蚀量
降雨
+
措施
+
植被
+
地形
+
土壤
多源多尺度遥感数据整合
Upscaling
MODIS 1km
低空间分辨率
高时间分辨率
高空间分辨率
高时间分辨率
HJ-1
30m
BJ-1
32m
中巴02B
19.5m
中巴02B
2.36m
中空间分辨率
中时间分辨率
空间
时间
中空间分辨率
高时间分辨率
高空间分辨率
低时间分辨率
Upscaling
 不同土壤侵蚀因子：气象（降雨、风速、温度）、地形（坡度、坡向）、
土壤、植被、水土保持措施等
 多源空间数据：矢量、栅格、属性离散空间数据
 多源多尺度的遥感数据：
 低空间、高时间分辨率：MODIS，1000m
 中空间、中时间分辨率：HJ-1，30m； BJ-1，32m； CBERS，19.5m
 高空间、低时间分辨率：CBERS-02B，2.5m
多源数据整合
全国土壤侵蚀因子空间数据库
 普查总体技术路线
数据库构建
方法体系
基础数据收集与整理
全国土壤侵蚀抽样
遥感影像预处理
地面参数遥感定量反演
土壤侵蚀模型
植被盖度、土地利用
日冻融循环因子
相变水量因子
数据
输入
USLE水蚀模型
WEQ风蚀模型
冻融侵蚀
生物措施因子B
地表覆盖因子V
土壤侵蚀量
气象
资料
降雨侵蚀力因子R
风蚀气候因子C
DEM
地形因子LS
土壤
资料
土壤可蚀性因子K/I’
统计
数据
地面粗糙度因子K’
土壤侵蚀强度
全国水土保持监
测点监测数据
精度评价与验证
各侵蚀类型区研
究成果及数据
土壤侵蚀因子
空间数据库
工程措施因子E
耕作措施因子T
土壤侵蚀调查
成果数据库
一、水土流失普查遥感影像处理技术细则
 1.基础数据
 2.遥感数据预处理
 3.质量控制
 4.成果要求
1. 基础数据
1.1 HJ-1-A 、B数据
HJ-1-A和HJ-1-B卫星数据对地刈宽为700公里、地
面像元分辨率为30米、4个谱段（蓝、绿、红、近红
外），重访周期为4天。覆盖全国需约80景HJ-1-A、
HJ-1-B星CCD数据。
-HJ
洞
庭
湖
HJ-1-A卫星
星
数
据
HJ-1-A和HJ-1-B卫星CCD数据用于计算植被
覆盖，修正土地利用。数据获取基于中国资源卫
星应用中心的数据查询系统（快视）进行，
具体要求：
（1）2009年至2010年季度数据；
（2）不同侵蚀类型调查区图像的时相一致或相近；
（3）图像清晰，地物层次分明，色调均一；
（4）图像没有坏行、缺带，没有条带、斑点噪声和耀斑；
（5）云层覆盖少的图像（即以晴空图像为优）；
（6）数据覆盖全国。
1.2 MODIS数据
MODIS数据波段范围广，有36个波段，数据空间分辨
率包括250米、500米和1000米三个尺度。
普查使用MODIS NDVI数据和MODIS
Landcover数据，空间分辨率1km，用于计算全国植
被盖度年内变化曲线，具体要求：
（1）2000年至2010年的数据，时间周期16天；
（2）为实现HJ-1-A、HJ-1-B星CCD数据产品与MODIS数据
产品匹配，选取时间要尽可能一致；
（3）对于不同侵蚀类型调查区图像的时相一致或相近；
（4）图像没有坏行、缺带；
（5）尽量挑选云层覆盖少的图像（即以晴空图像为优）；
（6）数据覆盖全国
1.3 Aqua/AMSR-E数据
Aqua/AMSR-E亮温数据是辐射计数据，来自美国冰雪数据
中心，数据在网上免费下载（https://wist.echo.nasa.gov/api/），
像元大小为0.25°，用于冻融侵蚀温度相关因子反演。
具体要求：
（1）2002年至2010年数据，时间周期2天；
（2）图像没有坏行、缺带；
（3）数据覆盖冻融区。
2. 遥感数据预处理
2.1 几何精校正
2.1.1 HJ-1-A、HJ-1-B数据
几
何
精
校
正
流
程
图

(1) 数据挑选
数据源选取需能有效的覆盖普查范围，保证数据质量和方便色
调处理。具体标准有：
1）相邻区域时相一致或相近的图像；
2）图幅方正，图像清晰，地物层次分明，色调均一；
3）图像没有坏行缺带，没有条带、斑点噪声和耀斑；
4）尽量挑选云层覆盖少的图像（即以晴空图像为优）；
5）为了保证图像色调均一，尽量选用同一季节的图像。

(2) 几何精纠正预处理
系统提供的标准数据产品是经辐射校正和系统几何校正的2级产
品，只进行了单景数据波段间的配准、纵横向随机条纹的基本滤除
和CCD影像色调的平衡归一化校正。
需对获取的2级标准产品影像进行以下处理：
1）选取其中的1、2、3和4波段，采用遥感图像处理软件如ERDAS
IMAGINE、ENVI等，处理采用ERDAS IMAGINE软件实现波段合成，
转换成IMG格式文件。
2）对有噪声的图像进行去噪声处理以及对模糊图像进行拉伸增强处
理，使图像清晰化，调整影像的亮度、对比度和色阶比，达到图像
最佳效果。

(3) 图像几何精校正
图像的几何精纠正以1:50000和1:100000地形图或（同等或更
高）分辨率卫星影像作为参考，人工选取控制点进行几何精纠正。
纠正结果文件采用正轴等面积割圆锥投影，又称亚尔勃斯
（Albers）投影，以25°N和47°N两条纬线为标准纬线相割；椭
球体采用国际通用的WGS-84；数据格式为Geotiff。
几何精校正用ERDAS IMAGINE软件完成。纠正算法采用多
项式校正，每幅影像的控制点均匀分布，选取20个以上控制点；
平原地区可采用2次多项式进行几何校正，山区需采用3次多项式
进行几何校正。
几何精校正后的影像空间采样分辨率：HJ-1-A和HJ-1-B卫星
CCD数据产品为30米。
几何精校正产品格式：Geotiff；
几何精校正的命名规则：Path-Row-卫星标识-获取日期-ref。

(4) 数据地形图分幅
数据分幅工作包括镶嵌及编辑处理、地形图分幅处理、质量
控制三步。
1）镶嵌及编辑处理
经几何精纠正后，以较高的精度把各景影像拼接起来，形成
覆盖全国的整幅影像。
2）地形图分幅处理
采用基于网格新裁切方案，具体按1:250000比例尺要求，生
成覆盖某个区域（如省为单位）的网格矢量线，利用网格线对该
区域图像进行自动裁切，生成一系列该比例尺的影像地图。
2.1.2 MODIS数据
MODIS数据校正，利用头文件信息直接将地理
坐标信息赋给图像，采用ENVI软件完成。
2.1.3 Aqua/AMSR-E亮温数据
Aqua/AMSR-E数据校正，利用头文件信息直接将
地理坐标信息赋给图像，在ENVI软件完成。
L0
2.2 大气效应纠正
2.2.1 图像信息获取
利用HJ-1-A和HJ-1-B星的蓝光(Alt+1)、绿光（Alt+2）、红
光（Alt+3）和近红外（Alt+4）共4个通道的遥感影像，以
及与其相对应的头文件（*.xml），根据灰度和RGB不同波
段组合方式浏览HJ-1-A和HJ-1-B星影像，并判断是否存在
云（或云阴影）、水体和浓密植被。
2.2.2 图像预处理
利用公式（1）将DN值转换为表观辐亮度
Lapp
DN

 L0
A
Lapp
（式 1）
DN 是原始图像像元灰度值；
A L0 是绝对辐射定标系数，可从头文件或中国资源卫星应用中心网站中获取。
公式（2）将表观辐亮度转换
为表观反射率
app
app
  d 2  Lapp

Es  cos s
Lapp
（式 2）
app 是表观反射率；
d
Es
s
是日—地距离纠正因子；
是大气外太阳光谱辐照度；
是太阳天顶角。
上述参数中有些可从原始数据头文件获得，
或http://www.cresda.com网站中获取。
图像的暗目标自动提取依据比值植被指数 (RVI)，
土壤调整植被指数(SAVI)和归一化水体指数 (NDWI)的
综合分析法实现，各指数的计算公式如下：
2.2.3 大气效应纠正
利用自主开发的大气订正软件完成。HJ-1-A和HJ-1-B
卫星数据的大气纠正主要采用了最小反射率法、MODIS辅
助法与气象台站数据法三种方法。

（1）最小反射率法
最小反射率法利用浓密植被和水体分别在遥感影
像的蓝光、近红外通道具有非常小的反射率来自动提
取暗目标并获取大气参数。
技术流程:
依据比值植被指数(RVI)，土壤调整植被指数(SAVI)
和归一化水体指数(NDWI)的综合分析法，通过决策树
方法逐步实现对清洁水体和蓝光波段浓密植被作为图
像暗目标的自动提取。
图像暗目标自动提取技术流程图
最
小
反
射
率
法
大
气
纠
正
技
术
流
程
图
操作步骤:
1)将HJ-1-A、HJ-1-B的CCD数据产品转换为大气顶的表
观辐亮度和表观反射率：
2)软件建立了以气溶胶光学厚度（AOD）和太阳天顶角

（ ）为索引的查找表（Look-Up-Table），气溶胶类型
主要是大陆乡村型。
3)在实现图像暗目标自动提取后，依据查找表获取气溶
胶光学厚度；
4)依据气溶胶和太阳天顶角，通过查找表获取其它大气
参数，进行大气纠正。

（2）MODIS辅助法
技术流程:
利用已经进行大气纠正的现成遥感图像数据产品
对卫星影像进行大气纠正得到地表反射率。
1）采用MODIS星上定标产品得到MODIS图像获取时
太阳在大气顶的辐照度，将定标好的MODIS L1B辐亮度
产品MOD02转换为大气顶的表观反射率；
2) 将得到的MODIS大气顶反射率和地表反射率产品
MOD09配合解得大气中气溶胶光学厚度和水汽含量等参
数；
3) 假设MODIS与HJ过境时大气状况没有发生变化，再
利用简单的大气辐射传输模型得到HJ-1星角度上的大气
反射率、大气透过率，进行大气纠正,最终得到HJ-1星的
地表反射率。
大
气
效
应
纠
正
技
术
流
程
图
操作步骤:
1) 定标好的MODIS L1B辐亮度产品MOD02转换为大气顶的表
观反射率。
2）MODIS大气顶反射率和地表反射率产品配合解得大气参数。
3）HJ-1-A、HJ-1-B卫星数据大气效应纠正。

（3）气象台站数据法
当获取与HJ-1-A、HJ-1-B卫星数据相应的气象资
料数据时，可以用于提出大气纠正所需的大气参数。
气象数据应包括：蓝光(440nm)、绿光(550nm)、红光
(660nm)和近红外(880nm)四个波段任意两波段的气溶
胶数据和大气柱水汽含量(单位：g/cm2)，输入的气象
数据中，AOD和CWV不能小于0，或可直接输入气象
数据进行大气纠正。
2.3 角度效应纠正
将HJ-1-A、HJ-1-B星数据方向性地表反射率产品
（30m）进行角度效应纠正，得到垂直向下观测的归一化
植被指数NDVI。
技术流程
1) HJ-1-A、HJ-1-B星数据方向性地表反射率根据NDVI的
定义得到带有方向性特征的NDVI数据。
2) HJ-1-A、HJ-1-B星数据方向性NDVI数据在HJ-1-A、HJ1-B星30m像元为均匀植被的假设前提下使用简单的余弦纠
正初步得到垂直观测的NDVI数据。
影像角度效应纠正技术流程图
操作步骤:
HJ-1-A、HJ-1-B星数据方向性地表反射率根据
NDVI的定义得到带有方向性特征的NDVI数据。
3. 质量控制
3.1 质量控制内容
质量控制是卫星数据产品质量保证的重要途径，
具体内容包括HJ-1-A、HJ-1-B卫星数据产品质量检查、
几何精校正产品质量精度检查、大气纠正产品质量和
精度检查。
利用典型地物光谱库数据或实测地物反射率数据
HJ-1-A、HJ-1-B星大气纠正产品进行检查，分析并估
算大气纠正产品的精度。
3.2 质量控制方法

（1）过程抽检
成立项目质量检查组，在项目执行过程中，定期开展质量抽
查，发现问题及时解决，严格控制把关各个作业环节的质量，保
证优质高效地完成项目。

（2）阶段成果的“二检”
在项目实施过程中，针对阶段成果，严格执行作业员自检、
作业员互检的“二检”制度。
作业员自检：作业人员自己进行全面的检查工作，检查比例
可根据本身的作业水平决定。
作业员互检：作业员之间的交换互检，检查比例为100%，并
作详细记录。

（3）最终成果预检
组织专家会同项目技术组组成专门检查小组，在上述抽检和
二检的基础上，根据质量检查组检查报告，对项目的最终成果进
行全面的预检，填写相应的记录表。
3.3 精度要求

（1）辐射精度
中等反射率地物，HJ-1-A、HJ-1-B星大气纠正产
品的误差在10%左右；

（2）空间精度
HJ-1-A、HJ-1-B星数据几何精纠正精度：平原地
区小于1.5个像元,山区小于3个像元。
分幅接边精度：平原地区<2.5个像元，山区<3.5个
像素。
4. 成果要求
4.1 数据投影
成果数据投影采用正轴等面积割圆锥投影，即亚
尔勃斯（Albers）投影，空间数据参数如下：
投影名称
Albers
中央经线
110°
投影原地纬度
0°
东移假定值
0
北移假定值
0
第一标准纬线
25°N
第二标准纬线
47°N
椭球体
WGS 84
4.2 数据格式与分幅
HJ-1-A、HJ-1-B卫星、MODIS、Aqua/AMSR-E
校正数据产品格式为Geotiff格式。依据国家基础地
理信息1：25万数据标准分幅存储。影像地图标注县、
乡镇地名及省级公路，按县域分幅成图。
二、水土流失普查专题信息提取技术细则
（一）水力侵蚀专题信息提取技术细则
（二）风力侵蚀专题信息提取技术细则
（三）冻融侵蚀专题信息提取技术细则
（一）水力侵蚀专题信息提取技术细则
1. 降雨侵蚀力因子
1.1 术语

（1）降雨侵蚀力因子：是指降雨导致土壤侵蚀发生的潜在能力，
用一次降雨总动能E与该次降雨最大30min雨强I30的乘积EI30表示。
反映了雨滴对土壤颗粒的击溅分离以及降雨形成径流对土壤冲刷
的综合作用。

（2）降雨侵蚀力季节分布：是指一年中某时段降雨侵蚀力占全
年降雨侵蚀力的百分比，用作权重因子计算水土保持生物措施因
子值。

（3）降雨侵蚀力等值线图：空间上多年平均年降雨侵蚀力相等
点的连线称为等侵蚀力线，由等侵蚀力线构成的空间等值线分布
图称为降雨侵蚀力等值线图，反映了多年平均降雨侵蚀力的空间
变化特征。
1.2 数据处理

相关数据包括：
各县建立的所属气象站1981-2010年逐日雨量电子数
据（.dat格式或登记表电子文档），及其说明文件；装订
成册的各县“气象数据登记表”。

按降雨侵蚀力因子计算公式要求，进行以下数据处理：
（1）非侵蚀性降雨剔除。如果日雨量小于（不含）12mm，
则将该日雨量设为0。
（2）处理后的数据按原格式（.dat）重新存入相同目录下，
命名为“侵蚀性降雨”。
1.3 因子计算
1.4 质量控制
质量控制包括两个方面：
一是对降雨资料进行质量控制。每省最少抽查1个县2-3年的记录，
核对气象数据登记表数据及其电子数据。
二是对降雨侵蚀力因子计算结果进行抽查。在水蚀区最少抽查一
个县的计算结果，与利用已有分钟降水资料计算的降雨侵蚀力因
子进行对比，精度>75%。
1.5 成果构成
（1）全国各县多年平均年降雨侵蚀力因子值。
（2）全国降雨侵蚀力等值线图，及其30m网格的栅格数据。
（3）全国各县多年平均24个半月降雨侵蚀力占年降雨侵蚀力百分比。
（4）全国多年24个半月降雨侵蚀力占年降雨侵蚀力百分比等值线图，及
其30m网格的栅格数据。
2. 坡度坡长因子
2.1 术语

数字高程模型：表现某高程基准下地面高程空间分布的有序数字
阵列。数字高程模型可以基于地形图、地面或遥感测量等方式获
取的高程数据，经内插建立。

坡度因子：指CSLE的坡度因子，定义为某一坡度土壤流失量与坡
度为5.13，其它条件都一致的坡面产生的土壤流失量之比率。对
于面上的普查，采用每个栅格的坡度因子值参与土壤流失量的计
算，对于抽样调查，将取每个评价单元坡度的中位数参与土壤流
失量的计算。

坡长因子：指CSLE的坡长因子，定义为某一坡面土壤流失量与坡
长为22.13m、其它条件都一致的坡面产生的土壤流失量之比率。
用法同坡度因子值。
2.2 数据处理
数据处理过程包括地形图数据处理、流水线和分水线提取以及
DEM生成。

（1）地形图数据处理：需要1:50000地形图、1:250000地形图和
100m分辨率DEM。
对国家测绘局基础地理信息中心提供的数字化地形图或自行数字化
的地形图，经过必要修改编辑和质量控制，以确保每条等高线和每
个高程点上标注有合理的高程值、河流由高向低流动、河流和等高
线位置关系正确。

（2）流水线和分水线提取：利用GIS水文地貌分析功能，通过编程
自动提取流水线和分水线。以100m分辨率DEM为基础，划分出各
大流域的2级支流。划分出的流域单元，面积控制在1*104—
2*104km2。平原区流域划分和河流提取结果，须与比较大比例尺地
形图对照，并做出必要的修编。

（3）DEM生成：坡度坡长因子的提取，以1:10000和1:50000数字
地形图建立的DEM为数据基础。其中基于1:10000地形图的DEM适
用于野外调查单元对坡度坡长因子的计算，基于1:50000地形图的
DEM适用于全国坡度坡长因子的提取与计算。利用经过质量控制
的数字地形图（包括等高线、高程点、河流、湖泊和水库等要素）
和专业软件ANUDEM，经过插值生成DEM。1:10000和1:50000地
形图插值，在丘陵地区和山区，分辨率设置为10m和25m，平原地
区和东北漫岗丘陵区分别设置为5m和10m。
2.3 因子计算
以DEM为基础提取坡度坡长因子，根据坡度坡长因子
的定义和坡度坡长因子值的算法（式1-11、式1-12和式113），利用LS计算专用程序（基于C++语言开发）完成流
域坡度坡长因子值提取与计算 。
LS计算专用程序界面
2.4 质量控制
地形因子的质量控制采用分层次、分区控制法。首先对DEM
建立、坡度和坡长的计算分别控制；其次在主要水土流失类型区
各选3-5个样点，通过实测坡度和坡长，完成对质量的评价，要求
精度达到75%。
2.5 成果构成
（1）全国DEM、坡度、坡长、坡度坡长因子栅格文件，精度为30m
网格。
（2）以1:250000地形图图幅为基础，对流域坡度坡长因子值进行重新
组织（拼接和切割），完成图幅坡度坡长因子值。该因子值可以
1:250000地形图编号来命名。
3. 土壤可蚀性因子
3.1 术语

土壤可蚀性因子：表征土壤被冲被蚀的难易程度，反
映土壤对侵蚀外营力剥蚀和搬运的敏感性，是影响土
壤侵蚀的内在因素。国际上常用K表示。K值的大小是
由土壤性质本身所决定的，在众多的土壤性质中土壤
颗粒组成和有机质对K值影响最大，这也是利用土壤性
质在宏观尺度上估算土壤可蚀性的理论基础。理论上
的获取方法，是指标准小区上单位降雨侵蚀力引起的
土壤流失量，单位为thm2 h/（hm2 MJmm），K值是
进行土壤侵蚀和水土流失定量评价的重要依据。
3.2 数据处理
完成全国水蚀区土壤可蚀性K值的计算及其分布规律，一方面
需要土壤数据库，包括土壤亚类和土属空间数据和属性数据；此外，
为满足本次土壤侵蚀普查的精度要求，K值的计算需要精确到全国
909个土属，而且计算K值的土壤属性数据必须对应到中比例尺的水
蚀区土壤类型图上。具体的数据获取和处理方法说明如下：

（1）土壤基本属性和空间数据获取
收集全国34个省市的土种志和1:500000土壤类型图，对照中国土壤
发生分类系统，查阅各土种的理化性质和机械组成。主要包括土种
的名称、土种所在的地点、分布面积、该土种所属的亚类和土属、
表层的有机质含量(%)、粗砂2-0.2mm(%)、细砂0.2-0.02mm(%)、粉
砂0.02-0.002mm(%)和粘粒<0.002mm(%)。将这些数据进行预处理，
建立土壤理化性质的属性数据库。同时，对于纸质版的土壤类型图
进行几何纠正、配准和数字化，建立全国1：50万土壤类型图图形
数据库，用于土壤可蚀性的计算。

（2）试点县的野外采样过程
结合土壤侵蚀野外抽样调查工作，完成单元内土壤样品的采集工作。
在试点省份的试点县内，将野外调查布点图与土壤分布图进行叠加分析，
取该点土壤样品，并集中到省级普查中心，进行土壤理化性质。
土壤样品采集方法如下：

1）记录样点信息。土壤样品采样点用GPS进行空间定位，记录经纬度坐标，在信息表上记
录采样点基本信息，包括地点（县、市、乡、村）、土壤名称、位置坐标、土地利用类型、
地貌部位（坡度、坡向）、水土保持措施、植被盖度等。

2）取样。选择面积约20cm×20cm的小区域，清除土层表面枯枝落叶，挖一个小垂直断面，
用铁锹垂直取1个土柱，土柱深约20cm，重量大约500-800g土样即可，装入密封袋。在山区，
土壤样点主要依据地形选择：3个样点一般分别分布在坡面上部、中部和底部，同时还要兼
顾阴阳坡和土地利用类型。在平原区，可在调查单元内随机选择3个土壤样点，要避免3个
样点之间的距离太近，最后混合装袋成一个样品。

3）填写标签与封袋。用铅笔填写标签（包括采集日期、地点、土壤名称、采集人等）。一
式两份。一个放入袋中，一个贴于土样袋外侧。将密封袋中的空气慢慢挤出，封好密封袋，
采样完毕。

4）采样点处理。用铁锹将取样时从样点挖掘出的土壤回填到样点，可用脚踩实，以枯枝落
叶覆盖样点。

5）将野外采集的土壤样品带回实验室，进行理化分析，分析试验指标包括土壤有机质含
量和土壤机械组成，机械组成采用美国制标准，分5个粒级，即：2-0.1mm、0.1-0.05mm、
0.05-0.02mm、0.02-0.002mm和<0.002mm。

（3）共享分析测试中心的土壤理化分析数据
通过共享中国科学院南京土壤研究所分析测试中心自1980年
以来所有的土壤理化分析资料，计算近年来不同土壤类型的K值，
用于更新部分土壤类型的K值。主要共享全国范围内的土壤样品
的采集地点、土壤类型、地理坐标、机械组成、有机质含量等数
据，用于计算土壤可蚀性K值。

（4）整理已经发表的文献资料
利用CSCD文库，查阅自1980年以来所有文献上的相关土壤类
型的土壤理化分析结果，以及相关的土壤可蚀性资料，用于补充
和修正利用第二次土壤普查资料获取的K值。
3.3 因子计算
以全国数字化土壤类型图为蓝本，以全国第二次土壤普查的样点数
据（土种）为基础，先计算每个土种的土壤可蚀性K值。再利用中国土
壤发生分类系统中土属与土种的对应关系，将土种的K值利用面积加权
平均法归并到土属上来。再将土属的K值分级后链接到全国土壤类型图
上来，得到全国土壤可蚀性K值分布图，具体的流程图如下：
关于土壤可蚀性K值的计算，在获取了上述土壤理化分析资料后，可
以根据理化性质的具体情况，分别选用Williams模型和Wischmeier模型。
（1）Williams模型
Williams等人在EPIC（Erosion—Productivity Impact Calculator）模型中
发展了土壤可蚀性因子K 值的估算方法，只需要土壤有机碳和颗粒组成资
料，
（2） Wischmeier模型
如果利用第二次土壤普查资料或者获取的土壤分析资料不是美国制，
在计算土壤可蚀性K值前就必须进行土壤颗粒分析结果的转化，即由国际
制转化为美国制。 因为第二次土壤普查中土壤颗粒分析标准是国际制。在
国际制向美国制的转换中（见表1-4），一般采用具体用图解法。即在半对
数纸上先画出国际制的土壤颗粒大小分配曲线，然后查出美国制某一粒径
的百分数含量。
此方法是在计算机还没有普及的情况下进行使用，根据这个思路，我
们进行了拟合曲线法，得到了很好的拟合效果。即应用Y=aX+b和
Y=aX2+bX+c进行拟合, 得出了每个土壤类型的转换方程，其中两个方程中
X=ln(P), P为粒径大小(mm)，Y是小于P粒径的累计颗粒含量百分数(%)。
3.4 质量控制
数据获取和处理过程中肯定存在一定的误差，都可能影响到最
终成果的准确性。为了尽可能提高K值的计算精度，需要在计算流程
的多个关键环节进行质量控制：

（1）为保证土壤属性数据的代表性和全面性，在将土种的理化性质
向土属归并时，需保证该土属内的土种数占该土属内所有土种总数
的85%以上。

（2）在进行土壤样品采集时，采样点的布设需保证新采集的土壤样
品数能够覆盖水蚀区试点省份80%以上的亚类。

（3）在进行土壤样品分析时，标样和样品之间的误差不能大于5%。

（4）在进行1:500000土壤类型图数字化和属性赋值过程中，要保证
土壤图斑空间位置和属性信息的准确性大于95%。

（5）在K值计算中存在国际制向美制单位转换的问题，需要借助于
转换方程完成，在计算过程中要保证转换方程的确定性系数（R2）
不小于90%。
3.5 成果构成

（1）建立全国1:500000土壤分布图与第二次土壤普查资料的土
壤属性数据之间的关系，构建全国土壤基础属性和空间信息数
据库。

（2）通过采样和更新土壤理化性质，获取全国909个土属的最
新可蚀性K值，构建全国土壤可蚀性因子数据库，再将K值链接
到土壤类型图上，进行分级后可得到全国土壤可蚀性因子图，
精度为30m网格。
4. 生物措施因子
4.1 术语

（1）生物措施因子：一定条件下耕作农地上的土壤流
失量与同等条件下连续休闲对照裸地上的土壤流失量
之比，为一无量纲数，其值大小变化于01之间。

（2）植被盖度：是指植被（包括叶、茎、枝）在单位
面积内植被的垂直投影面积所占百分比。

（3）归一化植被指数（NDVI）： NDVI=(NIR-R)/
(NIR+R)，常用遥感观测的近红外波段反射率（NIR）
和红光波段反射率（R）计算，可用于检测植被生长状
态、植被盖度和消除部分辐射误差等。
4.2 植被盖度数据处理
4.2.1 数据说明
在获取时间序列高时空分辨率NDVI数据的过程中，
用到了以下数据：

（1）30m左右的高空间分辨率的数据：HJ-1多光谱；

（2）全国2008年1:100000土地利用图；

（3）低空间分辨率时间序列的NDVI数据：MODIS 反射
率产品（MCD43B4，Nadir BRDF-Adjusted Reflectance,
NBAR），空间分辨率为1km，时间分辨率为16天，时
间序列5年，用于生成可靠的NDVI 时间序列；

（4）低空间分辨率的MODIS分类产品：MOD12Q1，空
间分辨率为1km，时间2004年。
4.2.2 时间序列NDVI计算
时间序列高分辨率NDVI计算的具体流程如下图

（1）HJ-1数据和MODIS 数据的配准
MODIS产品的投影方式与HJ-1数据的UTM投影不同，将它们投影
转为一致。

（2）HJ-1 NDVI分布图
在对HJ-1多光谱数据大气纠正和角度订正的基础上，利用NDVI的定义
（如公式所示），生成不同时相HJ-1 NDVI分布图。
NIR  R
NDVI 
NIR  R

（3）各个不同地类MODIS NDVI时间序列数据的提取
MODIS分类产品（MOD12Q1）中包含五大分类体系，根据应用目
的选取了的植被功能分类（PFT）产品，其包含地物类别分别为：
常绿针叶树、常绿阔叶树、落叶针叶树、落叶阔叶树、灌木、草地、
谷类作物、阔叶作物、城镇、水体等。
选取多个混合像元后，通过线性模型分解，利用最小二乘的
方法便可以得到亚像元上各地类的NDVI。

（4）高空间、高时间分辨率NDVI产品的生成
融合MODIS NDVI 和HJ-1 NDVI数据得到HJ-1空间尺度上全
年半月尺度的各地物类NDVI数据产品。
4.2.3 植被盖度计算
从NDVI提取植被盖度产品的技术流程如下图

（1）NDVI到植被盖度转换系数确定
以MODIS NDVI产品为辅助判断标准，同时判断每一种气候
地理区划里每一地类一年中MODIS NDVI的最大和最小值。在每
一种气候地理区划里找到一年中每一30m分辨率不同植被类型的
直方图中最大的2-5%左右选取为NDVImax， NDVImin的选取固
定不同植被类型周边小范围空间区域内裸土地类的NDVI平均值。
（2）NDVI到植被覆盖度转换
结合地面调查单元的植被覆盖度实测数据，通过以上公式计
算得到时间分辨率15天空间分辨率30m的植被盖度。

（3）植被盖度转换系数的确定和检验
通过空间定位得到与地面调查单元测量点对应的遥感NDVI
图像像元，选用部分地面实测盖度和遥感像元NDVI数据拟合
NDVImax， NDVImin与k。使用另外部分数据对转换系数进行精
度验证。
4.2.4植被盖度季节分布标准曲线
进行植被盖度季节分布监测，获取不同地区主要植被类型的
植被盖度季节分布标准曲线，这是计算生物措施B因子的一个重
要基础，可以对宏观遥感调查计算生物措施B因子中，对遥感反
演的植被盖度进行验证。

（1）植被盖度动态监测准备
依托各地水土保持监测站的试验小流域开展工作，依据全国
水土流失类型区，选择30个小流域为样点进行植被盖度动态监测
（表1-5）。
各小流
域工作人员
调查收集本
流域的土地
利用状况，
确定本地区
的土地利用
类型，并填
写右表（表
1-6）。

（2）野外选择调查地块
要求在正式进行野外植被盖度照相测量前，确定野外地块的
类型、数量和位置。每个小流域（样点）按农地、人工草地、天
然草地、人工林地、果园等5种类型共选择12个地块进行观测。具
体方法如下：

1、地块的选择应该代表该流域某种土地利用类型的主要生长
状况，同时兼顾组织实施的方便性，如靠近交通线；

2、每个地块的植被覆盖均匀，面积尽量在60×60m2以上，如
果达不到可适当降低标准，但地块面积应尽可能相对大一些；

3、各土地利用类型地块的选择和数量分配：
农地结合该地区主要耕作制度进行，选择2种代表性作物,每种作
物选择2个地块；
人工草地、天然草地、人工林地、果园等每种类型各选择2个地块，
果园应该选择当地主要的果树类型；
如果设定的某种植被类型在本流域没有，则可以在其它植被
类型上增添地块的数量，使得地块的总数量保持控制为12个。
a)根据手持GPS，确定每个地块的位置；
b)生成流域（样点）地块布设表和空间分布图。流域地块布设表
记录了每个地块编号、植被类型、相对位置、经纬度坐标，给出
农地植被的播种时间、出苗时间和收割时间，和地块景观照片编
号，并在表后附上每个地块的景观照片；空间分布图以主要交通
线、流域界线（或行政界线）和标志地名作为底图,表示该样点各
地块的空间分布。填表时，对于农地作物的播种、出苗和收获时
间，如现阶段尚不能明确，可以在以后的植被盖度动态监测的过
程中补充填写。
c)确定全部地块的测量顺序。

（3）植被盖度季节分布监测实施
植被盖度季节分布监测从2010年开始共实施两年，每半个月
对所选择的全部地块进行一次植被盖度测量，要求两天之内完成
全部地块测量，相当于一个测量周期。每年测量24次，每次测量
要求至少2人，为保证全年测量的顺利进行，中途最好不更换测量
人员。
每次测量安排在每个半月的后半段（即上半月的10号～15号
期间，下半月的25～31号期间）进行，采用照相法测量植被盖度，
同时测量植被高度，并填写野外照相法测量植被盖度调查表。最
后及时上传照相测量记录表和数码植被图像，根据专用软件及时
计算植被盖度。

（4）植被盖度计算
采用植被盖度自动计算系统（PCOVER）自动计算植被盖度。
植被盖度自动计算系统（PCOVER）（计算机软件著作权登记号：
2008SR12421）是专为便携型植被盖度摄影仪所开发的配套软件，
运行环境为Windows 2000或Windows XP，系统安装要求约30M硬
盘空间。

（5）获取植被盖度季节分布标准曲线
完成一年植被盖度动态监测后，对计算的植被盖度信息进行
整理，完成各小流域主要植被类型的植被盖度季节分布标准曲线
的绘制。
4.3 生物措施因子计算
以时间分辨率15天、空间分辨率30m的植被盖度影像系列为基础，
结合时间分辨率15天、空间分辨率30m的的降雨侵蚀力比例图和分辨率
30m的土地利用图，进行生物措施B因子的计算。具体步骤：
（1）结合分辨率30m的土地利用图，按农、林、草等3大类型，根据时
间分辨率15天、空间分辨率30m的植被盖度影像系列分别计算每半月时段
的土壤流失比率SLR（水体和建筑用地忽略），得到各半月时段的土壤流
失比率SLR图。
 （2）根据各半月时段的土壤流失比例SLR和各半月时段降雨侵蚀力占
全年的比率，计算得到生物措施B因子图：

4.4 质量控制
采取两种方式对基于遥感的生物措施B因子进行质量控制。

（1）遥感反演的植被盖度季节分布进行验证和质量控制

全国选择30个样点，每个样点按农地、人工草地、天然草地、人工
林地、果园等选择2个地块，确定每个地块的经纬度位置。

监测获取每个地块的植被盖度季节分布数据。

从时间分辨率15天、空间分辨率30m的植被盖度影像系列上，获取30
个验证样点每个地块的植被盖度季节分布数据。

针对30个样点的每个地块，对实测的地表植被盖度季节分布和遥感
反演的植被盖度季节分布进行对比分析，精度>75%。

（2）生物措施B因子进行验证和质量控制

在每个水蚀类型区，统计整理该类型区的径流小区的侵蚀资料和生
物措施B因子计算成果，精度>75%。

根据历史径流小区计算的生物措施B因子结果与基于遥感的生物措施
B因子计算进行对比分析。
4.5 成果构成

（1）全国30个小流域主要植被类型的植被盖度季节分
布标准曲线

（2）全国半月尺度植被覆盖度图，精度为30m网格

（3）全国半月B因子图和年B因子图，精度为30m网格
5. 工程措施和耕作措施因子
5.1 术语

工程措施：是指通过改变小地形（如坡改梯等平整土
地的措施），拦蓄地表径流，增加土壤降雨入渗，改
善农业生产条件，充分利用光、温、水土资源，建立
良性生态环境，减少或防止土壤侵蚀，合理开发、利
用水土资源而采取的措施。

耕作措施：是以保水保土保肥为主要目的，以提高农
业生产为宗旨，以犁、锄、耙等为耕（整）地农具所
采取的措施。

地块：是指空间上连续的、具有同一土地利用类型、
同一覆盖度、同一水土保持措施的区域。
5.2 数据处理

（1）野外调查数据
工程措施和耕作措施因子依据《野外调查单元确定及数据采集
技术规定》中相关要求完成。

（2）高分辨率影像相结合的ET专题图处理
工程措施因子E和耕作措施因子T因子主要依托土壤侵蚀野外调
查单元获得的工程措施和耕作措施数据，并结合高分辨率的CBERS
全色影像，采用人机交互式解译的方法获取典型区内的水土保持工
程措施和耕作措施数据，最后以土地利用为依据，按照比例平均分
配的方法获取。
专题图以行政县为单位，根据该县1:100000的土地利用图，在
GIS软件的支持下，修改图层的属性表，添加工程措施因子E和生物
措施因子T两个属性字段，将调查单元上获得的各土地利用类型的
措施因子对应赋值到土地利用的属性表上，根据工程措施因子E和
生物措施因子T两个属性分别生成工程措施因子E和生物措施因子T
的专题图，从而实现措施因子的空间离散。
ET因子获取技术流程图
5.3 因子计算
（1）措施数量统计
在野外调查单元获取的工程措施和耕作措施的数据基础上，以各县
的土地利用类型为基本计算单元，统计该县内所有野外调查单元内采取
了各种工程措施和耕作措施的土地总面积，并计算其占野外调查单元内
该土地利用类型的比例。
（2）ET因子计算
按照工程措施、耕作措施面积比例计算工程措施因子和耕作措施因
子。某种土地利用类型的ET因子即为该土地利用类型中采取的每种措
施的ET因子（基于野外调查单元）与该措施在该土地利用中的比例乘
积的累积 ，
注：水土保持措施未涉及地区的工程措施（E）因子值尚在收
集当中。部分地区工程措施（E）措施因子值将结合调查人员收
集的径流小区资料进行计算、更新。
注：水
土保持措施
未涉及地区
的耕作措施
（T）因子值
尚在收集当
中。部分地
区耕作措施
（T）因子值
将结合调查
人员收集的
径流小区资
料进行更新。
5.4 质量控制
工程措施和耕作措施因子的质量控制采用分层次、分区控制
法。在主要水土流失类型区各选3-5个样点，通过实地调查检验，
完成对质量的评价，要求精度达到75%。
5.5 成果构成
（1）野外调查单元内获取的工程措施和耕作措施数据
（2）全国ET因子专题图，精度为30m网格
（二）风力侵蚀专题信息提取技术细则
1. 风力因子
1.1 术语

风力因子：是指不同等级风速和不同风向对土壤风蚀发生的潜在
能力，单位m/s。风速和风向采用气象台站观测数据。

临界侵蚀风速：是指风力作用于地表，产生土壤风蚀的最小风速。
大于和等于临界侵蚀风速的各等级风速，均为侵蚀风速。考虑到
流沙地表的临界侵蚀风速约5m/s（在各类地表状况中的临界侵蚀
风速最小），因而在统计风力因子时，自≥5m/s的风速开始统计。

各等级风速累积时间分布栅格图：全年大于和等于临界侵蚀风速
的各等级风速的累积时间（min）在空间上的分布，反映了各等
级风速累积时间的空间变化特征，采用30m分辨率的栅格数据表
达各等级风速累积时间的空间变化。
1.2 数据处理
在实际操作中，不同气象站和不同时段内，可能既有逐日整点
风速风向数据，又有逐日4次观测的风速风向数据。为了统一数据
格式，便于计算，提出以下2条技术途径。

（1）若收集到的风速和风向资料为逐日24小时整点风速风向，则按1m/s
间隔直接统计全年≥5m/s的各等级风速的累积时间。统计步骤如下：
1）按照给定的“逐日24小时整点风速风向统计表”完成逐日24小时整点风
速风向电子版本（Excel格式）。
2）统计全年5.0～5.9m/s风速发生的频数，每次代表1小时，按下式换算为
该等级风速的累积时间。
累积时间=频数×1hr/次×60min/hr.
为便于计算，介于5.0～5.9m/s的风速等级取平均值U＝5.5m/s，6.0～
6.9m/s的风速等级取平均值U＝6.5m/s，依此类推。
3）按步骤（2）方法，依次统计5.0～5.9m/s、6.0～6.9m/s、7.0～
7.9m/s、……各等级风速的累积时间，最高风速统计到该气象台站记录到
的最大风速（Excel格式）。

（2）有的气象台站如果仅有每天4次（观测时间为2时、8时、14时、20
时）风速风向记录，则采用线性插值的方法，获取24小时整点风速估计
值，然后按1m/s间隔统计全年≥5m/s的各等级风速的累积时间。统计步骤
如下：
1） 按照给定的“逐日24小时整点风速风向统计表”完成逐日4次风速风
向电子版本（Excel格式）。逐日4次的风速风向填写在对应的时刻（2时、
8时、14时、20时），待完成步骤2和步骤3后，将各整点风速插值填入对
应时刻。
2） 按照线性插值方法，计算相邻两个整点时刻的风速，
3）完成逐日24小时整点风速风向统计表（Excel格式）。
4）按照“方法一”中“3）”的相同方法，统计全年各等级风速发生的频数。
1.3 因子计算
考虑到风力因子在空间上的变化是渐进的，即风速和风向在空间上
是逐渐变化的，相邻气象台站之间的风速和风向变化呈逐渐过渡关系。
因此，风力因子计算可以在GIS软件和自主开发程序的支持下实现自动
运算。
（1） 逐年统计1981～2010年1～5月和10～12月的逐日逐时不同风速
等级和相应风向。
（2）将每个月分为上半月和下半月（每月1～15日、16～30日或31日）
两个时段，统计每半月时段内各风速等级的累积时间（单位：min）和
16方位风向出现频率。例如，某气象台站某一等级的风速累积时间和16
方位风向出现频率为：
累积时间（min）＝频数×1hr/次×60min/hr.
式中的各风力等级按照5.0～5.9m/s取其中值5.5m/s，6.0～6.9m/s取
其中值6.5m/s，7.0～7.9m/s取其中值7.5m/s，……。
依此类推：
风向频率（％）＝100×某风向出现频数÷（半月天数×24）
式中的风向频率（％），按照气象台站统一的16方位风向观测数
据计算。每一风速等级对应一组16方位风向频率数据（共16个数
据），各风向频率（％）之和等于100％。
 （3）依据“（2）”计算结果，在GIS软件和自主开发程序的支
持下，将每个气象台站作为空间上的一个点，生成1981～2010年
1～5月和10～12月，每半个月的不同风力等级和相应风向频率的
30m分辨率栅格图。
1.4 质量控制
由于每半个月的不同风力等级和相应风向频率的30m分辨率
栅格图是计算机自动生成的，已经有一套成熟的算法。因此，风
力因子质量控制的关键环节是气象数据采集、各等级风速累积时
间和16方位风向出现频率计算过程。
为了保证风力因子的数据质量，对质量控制的重点环节——
“水土保持普查气象数据登记表（表号：P501）”、各等级风速累
积时间和16方位风向出现频率统计结果，加大抽检比例。其中，
“水土保持普查气象数据登记表”按照30％的比例进行抽样检查，
如果1张表格中出现1个或1组数据错误，记为整张表格数据有误，
须重新采集数据。抽检表格中的合格表格数占抽检表格总数的95
％以上，方可被认为数据合格。1981～2010年1～5月和10～12月
期间，每半个月的不同风力等级和相应风向频率的30m分辨率栅
格图，须进行100％检查。
1.5 成果构成

（1）1981～2010年1～5月和10～12月期间，每半个月
的不同风力等级和相应风向频率统计表。

（2）1981～2010年1～5月和10～12月期间，每半个月
的不同风力等级30m分辨率栅格图。
2. 表土湿度因子
2.1 术语

表土湿度因子：是指土壤表层2.5cm深度范围内含水率
（%）对土壤风蚀的潜在影响，是反映土壤对风力侵
蚀的敏感程度的重要因子。
2.2 数据处理

（1） 利用土壤介电模型（Dobson模型），参数化的地表辐射模型
（Qp模型），以及辐射传输方程（ω-τ模型）模拟各种地表条件下的微波
辐射，构建地表辐射模拟数据集。

（2） 利用地表冻融状态判别算法进行冻融状态的判定，屏蔽冻土区
域，而只对融土区进行表土含水率的反演。

（3） 推导微波指数（MVIs）与植被透过率之间的数学关系，并利
用模拟数据建立计算植被透过率与植被含水量的半经验模型，
W  m  log(B( f1, f 2 ))  n
消除植被对表土含水率反演的影响。

（4） 利用多通道微波数据，估算地表温度，并用以求解10.65GHz
下的裸露土壤的水平和垂直极化发射率。

（5） 利用Qp参数化模型，构建能够消除地表粗糙度影响的土壤湿
度指数，通过模拟数据建立湿度指数与表土含水率之间的数学关系，
并利用全国实测数据点拟合方程系数，建立表土含水率反演的半经
验模型：
SM  A  SMI( f )2  B  SMI( f )  C

（6） 生成表土含水率数据，并进行产品比较与验证（见表土含水
率计算模型的反演流程图）。2011年的1-5月和10-12月，每半月计
算一次（每月的15日、30日或31日）。
表土含水率计算模型的反演流程图
2.3 因子计算
表土湿度因子按以下步骤计算，并获取表土湿度因子分布图。
（1）利用土壤水分计算模型反演得到的表土含水率（P）数据。
（2）根据表土含水率（P），计算表土湿度因子（W）：
W＝0.0932Ln（P）-0.0864
（3）利用表土湿度计算模型和湿度因子计算方法，在GIS软件支
持下，绘制表土湿度因子（W）空间等值线图，等值线差值为0.5。
2.4 质量控制
根据近年来京津风沙源治理工程区内的测量数据，对表土含水
率计算模型进行校验。
2.5 成果构成
每半月一次表土湿度因子（W）空间等值线图，等值线差值为0.5。
3. 地表粗糙度
3.1 术语

地表粗糙度因子：是描述植被、微地形和农田耕作技
术措施对土壤风蚀影响的定量因子，单位cm。
3.2 数据处理
由于影响地表粗糙度大小的因素较多，且受时间和人力资源
限制，难以进行达范围的实地观测。所以，根据植被类型、植被
盖度与平均高度、地形起伏和微地貌等调查结果，通过查表获得
地表粗糙度（表2-1）。
3.3 因子计算
在风力侵蚀和风水交错侵蚀区，除农田呈斑块状分布，并且地表
粗糙度在边界发生突变以外，其他诸如草地和沙地（沙漠）等的边界
都呈逐渐过渡特征。因此，在地表粗糙度计算时，依据土地利用类型
图，将相同耕作措施的农田粗糙度作为同一粗糙度对待，单独进行计
算。其他类型（草地、沙地、沙漠、戈壁等）之间的地表粗糙度，按
照逐渐过渡的关系，在GIS软件和自主开发程序的支持下实现自动运算。
（1）根据“水土保持普查风蚀野外调查表（表号：P503）”信息，
通过查表（表2-1 不同下垫面粗糙度Z0值）获得地表粗糙度。
（2）单独生成农田30m分辨率地表粗糙度空间分布栅格图。
 （3）将每个野外调查单元作为空间上的一个点，利用查表获得的
地表粗糙度数值，在GIS软件和自主开发程序的支持下，生成覆
盖风力侵蚀和风水交错侵蚀区的30m分辨率空间分布栅格图。
 （4）在30m分辨率栅格图上剔除农田地块，即得到除农田以外的
30m分辨率地表粗糙度空间分布栅格图。
 （5）将农田30m分辨率地表粗糙度空间分布栅格图，与除农田以
外的30m分辨率地表粗糙度空间分布栅格图合并，最终生成覆盖
风力侵蚀和风水交错侵蚀区的30m分辨率地表粗糙度空间分布栅
格图。
3.4 质量控制
对最终生成的30m分辨率地表粗糙度栅格图进行抽样检查，
抽检结果与野外调查单元的实地调查数据进行对比，各项数据的
相对误差＜±10％，数据质量视为合格；各项数据的相对误差＞
±10％，数据质量视为不合格。抽样检查样点中，数据合格样点
数占抽检样点总数95％以上，数据质量视为合格；数据合格样点
数占抽检样点总数95％以下，数据质量视为不合格，须要重新计
算和生成30m空间分布率的地表粗糙度空间分布栅格数据。
3.5 成果构成
风力侵蚀和风水交错侵蚀区30m分辨率地表粗糙度空间分布栅格图。
4. 植被盖度因子
与水力侵蚀专题信息提取技术规定中的“植被盖
度因子”相同。在实地调查中，需要增加记录植被类
型（草本群落、灌草群落、灌木群落、乔木群落）和
植被平均高度（m）。调查内容和格式见“水土保持
普查风蚀野外调查表”（表号：P503）。
（三）冻融侵蚀专题信息提取技术细则
1. 冻融侵蚀区范围界定
1.1 术语

冻融侵蚀区：侵蚀营力以冻融作用为主的区域。冻融侵蚀区具有
能够产生强烈冻融作用的寒冷气候条件，冻融作用是最普遍、最
主要的外营力侵蚀过程，同时有相应的冻融侵蚀地貌形态表现。
1.2 数据处理
冻融侵蚀区范围界定所需数据为涉及西藏、四川、云南、青海、
新疆、甘肃、内蒙古、黑龙江等省、自治区1:50000DEM数据，需对以
上区域DEM数据进行拼接处理，同时需要最新全国县（市、区）一级
行政区划图电子版。
1.3 界定方法
我国冻融侵蚀区面积广大，不同区域由于地理位置的差异，冻融侵
蚀区的下限海拔高度差异很大。须根据不同位置的经纬度利用冻融侵蚀
分布下界海拔公式计算其冻融侵蚀区下界海拔高度。按该式计算的海拔
高度以上的区域，且剔除冰川、湖泊、沙漠等区域即为冻融侵蚀区。
具体计算步骤如下：
（1）用DEM提取公式所需要的纬度（X1）图层和经度（X2）图层；
（2）利用公式做出冻融侵蚀区下界海拔高度（H）图层；
（3）把 DEM和H图层做减法运算，获得冻融侵蚀区下界海拔以上
区域图层；
（4）把冻融侵蚀区下界海拔以上区域图和土地利用类型图叠加，在
冻融侵蚀区下界海拔以上区域图层中剔出冰川、湖泊、沙漠等分
布区域；
（5）适当考虑行政边界的完整性，与全国行政区划图进行叠加，对
部分区域进行修正。
冻融侵蚀区调查技术流程
1.4 质量控制
冻融侵蚀区由DEM数据和土地利用类型图数据计算获得，尽
量用比例尺较大的数据，在计算前要确保所用DEM数据和土地利
用类型图数据准确可靠。此方法确定冻融侵蚀区范围和用遥感调
查的冻融日循环天数大于180天的范围基本一致。
1.5 成果构成
冻融侵蚀区分布图，比例尺1：100000。
2. 年冻融日循环天数
2.1 术语

冻融日循环：土壤温度日最大值大于0℃而日最小值小于0℃时，
即认为土壤发生夜间冻结白天消融的日冻融循环过程。

年冻融日循环天数：是指一年中冻融日循环发生的天数。
2.2 数据处理
地表的冻融日循环通过星载被动微波辐射计AMSR-E进行监测。
AMSR-E数据可以通过网络从美国冰雪数据中心免费下载。通过选取
高时间分辨率的AMSR-E辐射计数据，对冻融日循环进行监测。由于
AMSR-E亮温数据产品在中低纬度地区不能达到每日的全覆盖，则需
要根据拼接算法进行相邻两日亮温数据的拼接。
2.3 因子计算
根据拼接后得到的辐射计亮温数据，计算衡量地表温度和发
射率变化的判据因子，利用判别算法对地表的冻融状态进行区分，
标记冻融循环发生区域，统计一年内日循环发生次数。主要步骤
是：

（1）提取通道36.5V亮温以衡量地表温度的变化，计算Tb18.7H
同Tb36.5V的比值用以衡量地表发射率的变化；生成地表温度因
子图层和地表发射率因子图层；

（2）将提取得到以上两个图层数据代入下式式进行计算，并比较
计算结果的大小，若F>T，则为冻土，反之为融土；

（3）对计算结果进行标识，获取冻融日循环发生区域，累计年冻
融日循环发生天数，统计得到全国年冻融日循环天数分布图。

（4）冻融日循环因子的计算流程如下：
2.4 质量控制
对日冻融循环天数因子计算的数据质量进行评估，需要地面
实际测量的地表状况参数对地表冻融状况的判别结果进行对比验
证。因此，在调查中，需要对土壤和地表的实际状况进行实际测
量和调查，以进一步对算法进行校正及检验，提高判别精度。需
要观测的地表参数包括：土壤含水量、土壤温度、土壤容重、土
壤质地和地表的粗糙度。
AMSR-E数据的象元面积较大（约25km *25km），因此要实
现对卫星算法的验证，对地面测量的观测要求，布置数据自动采
集系统对地表温度和含水量进行自动采集，以保证对卫星算法精
度的验证。在调查区选择3个同步区域，观测区域内垂直剖面（深
度>5cm）的土壤水分（单位：%）和土壤温度（单位：℃），在
每个同步区域内布设100个点，每个点上分别布设一台数据采集仪、
一个土壤水分传感器和两个土壤温度传感器，分别来测定土壤
0~5cm含水量、0~2cm和2~5cm的土壤温度，检验精度>75%。
2.5 成果构成

（1）野外测量数据集；

（2）中国区域每日地表冻融循环动态监测结果分布图，
栅格精度25Km；

（3）中国区域年冻融日循环天数分布图，比例尺1：
100000
3. 日均冻融相变水量
3.1 术语

日均冻融相变水量：是指土体冻融循环过程中发生相变的水量。
相变水量增加，冻结时由于水体结冰体积增大而对土体的破坏作
用增加。在冻融交替过程中，土壤含水量的增大使得土壤抗剪切
力减小。日均冻融相变水量反映了土壤含水量对冻融侵蚀强度的
影响。
3.2 数据处理
地表实际发生的相变水量可以通过AMSR-E数据的表现出的微波
辐射特征变化来反映。 AMSR-E数据可以通过网络从美国冰雪数据
中心免费下载。通过选取高时间分辨率的AMSR-E辐射计数据，对冻
融日循环进行监测。由于AMSR-E亮温数据产品在中低纬度地区不能
达到全覆盖，要根据拼接算法进行相邻两日亮温数据的拼接。
3.3 因子计算
根据拼接后的AMSR-E数据，通过相变水量算法估计地表冻
融循环过程中的相变水量。其计算步骤为：

（1）提取通道36.5V和10.65V的亮温，计算Tb10.65V同Tb36.5V
的比值用以衡量地表发射率的变化，求取升降轨数据的准发射率
的差异；

（2）将提取得到的图层数据代入下式进行相变水量的计算。
m pcv    qe10.65,v  
（3）累计年冻融相变水总量，进行平均获取日均冻融相变水量。
日冻融相变水量因子计算流程
3.4 质量控制
需要开展地面观测土壤水分和温度等参数来验证冻融相变水量
因子，已保证其获取精度。对于需要开展的地面测量参数布点、观
测步骤与冻融日循环天数的观测规范相同，检验精度>75%。
3.5 成果构成
（1）野外测量数据集；
（2）中国区域每日地表冻融相变水量动态监测结果分布图，栅格精度
25Km；
（3）中国区域年均冻融相变水量分布图，比例尺1：100000
4. 年均降雨量
4.1 术语

年均降雨量：一个区域多年的年降水量的平均值。
4.2 数据处理
收集西藏、四川、云南、青海、新疆、甘肃、内蒙古、黑龙江
等省、自治区各气象站和水文站1981-2010年的降水量资料。计算多
年平均年降水量，绘制降水量等值线图。将等值线图空间插值成为
30m空间分布率的栅格数据。
4.3 因子计算
计算技术流程如下图：
•（1）利用各气象和水文台站降水量资料，计算多年平均降水量。
•（2）绘制降水量等值线图。基于GIS软件，利用各地多年平均降水量，
绘制冻融侵蚀区降水量等值线图。
•（3）对降水量等值线图进行空间插值，建立30m分辨率冻融侵蚀区年
均降水量栅格图。
•（4）根据冻融侵蚀年降水量因子赋值标准将年均降水量分布图分成
四级，得到冻融侵蚀年均降水量因子图。
4.4 质量控制
确保收集到的降水资料全面准确，对西藏、青海等气象台站
稀少的区域可以2000至2010年间TRMM 3B42数据估算的年均降水
量数据进行补充。
4.5 成果构成
冻融侵蚀年均降雨量因子图，比例尺1：100000。
5. 坡度
参照水力侵蚀坡度计算技术细则。
6. 坡向
6.1 术语

坡向：坡向为坡面法线在水平面上的投影的方向，不同坡向的地
表由于接受太阳辐射强度不同，造成坡向小气候和土壤理化性质
存在差异，进而影响冻融作用的强弱程度。
6.2 数据处理
需要西藏、四川、云南、青海、新疆、甘肃、内蒙古、黑龙江
等省、自治区1:50000地形图数据。数据处理同水蚀LS因子。
6.3 因子计算
坡向因子由DEM生成，调查技术流程如下图
•（1）利用DEM，在GIS软件中生成坡向图；
•（2）根据冻融侵蚀强度分级评价指标赋值标准（见下图）将坡向图
分成四级，得到坡向因子图。
冻融侵蚀强度分级评价指标赋值标准
6.4 质量控制
在主要冻融侵蚀类型区交通便利地方选3-5个点，通过坡向量
测进行质量检验，抽样合格率要求达到75%。
6.5 成果构成
成果冻融区坡向图，栅格精度30m。
7. 植被盖度
7.1 术语

植被盖度：是指植被（包括叶、茎、枝）在单位面积内植被的垂
直投影面积所占百分比。
7.2 因子计算
计算冻融侵蚀区植被盖度图层，计算方法同水蚀；
根据冻融侵蚀植被盖度因子赋值标准将冻融侵蚀区植被盖度图分成
四级，得到冻融侵蚀植被盖度因子图。
7.3 质量控制
同水蚀植被盖度调查一致。
7.4 成果构成
冻融侵蚀植被盖度因子图。
三、水土流失普查强度判别与成果处理技术细则
 1.水力侵蚀强度判别
 2.风力侵蚀强度判别
 3.冻融侵蚀强度判别
 4.成果处理技术规定
1. 水力侵蚀强度判别
1.1 模型说明
1.2 计算方法
计算分两个层次进行：
一是按一定抽样密度，在全国分层抽样布设野外调
查单元，计算以野外调查单元为基础的土壤水蚀模数。
二是在全国划分30m30m网格，计算以该网格为基
础的土壤水蚀模数。在此基础上，基于野外调查单元计
算结果对网格计算的相关参数与结果进行检验和校正 。
野外调查单元布设及数据采集详见《野外调查单
元的确定及数据采集技术细则》。
水力侵蚀力模型中各个因子计算详见《土流失专
题信息提取技术细则》中的“水力侵蚀专题信息提取
技术细则”部分。
水力侵蚀计算过程
1.3 判别标准
将计算得到的全国水蚀模数按照土壤侵蚀分类分级标准
（SL190-2007，表1）进行分级，评价土壤水蚀强度。
注：不同侵蚀类型区采用不同的容许土壤流失量，东北黑土区、北方土
石山区容许土壤流失量为200 t/(km2·a)，南方红壤丘陵区、西南土石山
区容许土壤流失量为500 t/(km2·a)，西北黄土高原区容许土壤流失量为
1000 t/(km2·a)。
1.4 质量控制
质量控制分两方面进行：一是通过抽样，比较土
壤水蚀模数计算结果与小区观测结果的差异；二是进
行专家评估。

与小区观测结果比较：在每个水蚀类型区，最少抽取
一个水土保持试验站不同土地利用或不同水土保持措
施下的小区观测资料，与其所对应地区相同土地利用
或水土保持措施下的计算结果进行比较。

专家评估：在每个水蚀类型区，最少抽取一个省，给
出不同空间分辨率，如30m30m、5km5km、县级等
土壤水蚀模数分布及土壤水蚀强度分布图。通过专家
经验打分，对计算结果进行评估，评估精度>75%
2. 风力侵蚀强度判别
2.1 模型说明
风力侵蚀量计算采用国内经验模型。
2.2 计算方法

（1）计算时段
风力侵蚀采取每半月计算一次，全年逐月累加的方法，获得
风力侵和风水交错侵蚀区的风力侵蚀强度数据。采取风力侵蚀和
水力侵蚀累加的方法，获得风水交错侵蚀区的侵蚀强度数据。考
虑到每年6～9月基本没有风蚀发生，全年风力侵蚀计算时段为1～
5月和10～12月，共计算16次。

（2）计算方法
在获得植被盖度空间分布栅格数据、临界侵蚀风速、风力因
子空间分布栅格数据、表土湿度因子空间等值线图、地表粗糙度
空间分布栅格数据之后，将每个栅格数据（等值线）图作为一个
图层，在ENVI4.5+IDL和自主开发程序wind_erosion.pro的支持下，
实现计算机自动运算。运算流程如下图
风力侵蚀运算流程
2.3 判别标准
风力侵蚀强度依据“土壤侵蚀分类分级标准
（SL190-2007）”判别（表3），分为微度、轻度、中度、
强烈、极强烈、剧烈共六级。
表3 风力侵蚀强度分级标准（SL190-2007）
级别
平均侵蚀模数[t/(km2·a)]
微度
<200
轻度
200~2500
中度
2500~5000
强烈
5000~8000
极强烈
8000~15000
剧烈
>15000
2.4 质量控制
风力侵蚀强度成果的质量控制，采取计算结果与多年平均风
力侵蚀强度和野外实地测量风力侵蚀强度相对比的方法，检查计
算结果是否准确。具体技术途径如下：

计算结果与多年平均风力侵蚀强度的对比。首先，在农牧交错带
和典型草原区分别选择一个县（市、旗），利用Cs137元素示踪
的方法，测定近50年来的多年平均风力侵蚀强度。然后，在
1981～2010年期间，挑选其中降水量和风力接近于多年平均状况
的年份，用本次调查使用的模型进行计算，获得模型计算出的风
力侵蚀强度。最后，将模型计算的风力侵蚀强度与Cs137元素示
踪方法测定的多年平均风力侵蚀强度进行比对，检查两者的差异。
如果两者接近，则证明模型计算结果是可靠的；相反，则应重新
调整模型参数，直至两者接近为止。

计算结果与野外实地测量风力侵蚀强度的对比。根据多年积累的
不同土地利用类型风力侵蚀强度实地观测数据，对比实地观测点
风力侵蚀强度和对应点模型计算风力侵蚀强度值，检查两者的差
异。如果两者接近，则证明模型计算结果是可靠的；相反，则应
重新调整模型参数，直至两者接近为止。
3. 冻融侵蚀强度判别
3.1 模型说明
冻融侵蚀评价采用指标评价法。选择年冻融日循环天数、日均
冻融相变水量、年均降水量、坡度、坡向和植被盖度作为评价指标，
对各指标赋予权重，计算综合评价指数，按照分级评价标准判定对
冻融侵蚀强度。
3.2 计算方法

根据冻融侵蚀强度分级评价指标赋值标准获得冻融
侵蚀评价各因子图层；

将各因子图层代入模型计算综合评价指数图层；

对冻融侵蚀综合评价指数图层按照冻融侵蚀判别标
准分级得到冻融侵蚀强度分布图
3.3 判别标准
冻融侵蚀强度判别标准见表
3.4 质量控制

（1）遥感反演的的冻融相变水量数据，抽样率1%，
抽样合格率要求达到80%以上；

（2）“冻融侵蚀野外调查表”数据，抽样率2%，抽
样合格率要求达到100%以上；

（3）整个调查抽取2%野外调查单元进行验证，合格
率要求达到100% 。
4. 成果处理技术规定
4.1 数据平衡

（1）区域内部数据处理
以县级行政单元为区内数据平衡基本单元，以其面积为标准，
进行区域内部数据平衡。

（2）区域之间数据处理
以省级行政单元为区域数据平衡基本单元，以其面积为标
准，进行区域之间数据平衡。全国面积为总面积控制标准。
4.2 成果汇总
各省、县土壤侵
蚀强度分级面积
统计。
4.3 普查图件编制

（1）技术依据
《SL73.8-2001水利水电工程制图标准水土保持图》
《GB/T 20257.3-2006 国家基本比例尺地图图式第三部分：1：25000 1：
50000 1：100000地形图图式》；
《GB/T 20257.4-2006国家基本比例尺地图图式第四部分：1：250000 1：
500000 1：1000000地形图图式》；
《CH/T 4015-2001地图符号库建立的基本规定》；
《GB/T 18317-2001专题地图信息分类与代码》；
《GB/T 13923-2006基础地理信息要素分类与代码》。

（2）精度要求
专题图精度与专题数据保持一致，虽然挂图和图集涉及到多种比
例尺数据要求，但由于此次土壤侵蚀普查数据库采用统一比例尺成果，
因此，考虑到工作量等原因，对于不同比例尺专题图编制，不对数据
作缩编处理。
基础地理要素则应根据不同比例尺图面表达的要求，进行综合取舍 。

（3）图件编制说明
1）图面尺寸及比例尺设计
根据不同的成图范围，设计不同的制图比例尺，编制国家级、
流域级、省（市）级和县级专题挂图。图面尺寸采用宽不超过2米，
高不超过1.8米为宜。
全国专题挂图比例尺采用1：400比例尺；
流域级专题挂图根据流域面积大小，采用适当的比例尺；
省级专题挂图根据面积大小，可采用1:250000-1:500000比例尺；
市级专题挂图根据面积大小，可采用1:50000-1:100000比例尺；
县级专题挂图根据面积大小，可采用1:50000比例尺左右比例尺。
2）图集
以省为单位编制专题图集，每个省的图集内容包括各个县的
12项专题图，图集印刷尺寸：16K，各县根据面积大小，采用适
当的比例尺。
3）地图表示内容
基础地理要素：经纬度坐标及网线、水系及其注记等，根据
不同比例尺图面表达要求，应进行综合取舍；
4）图件编制要求
图外要素齐全，包括图名、数学基础说明、成图比例尺、制
图单位全称、图例等。
图内、外要素的颜色、图案、线型等表示符合要求，图件整
饰规范、美观。
内容的选取和表示要层次分明，符号、注记等正确，清晰易读。
汇报完毕！
谢谢！