计算地形湿度因子(TWI)

地形湿度指数(TWI)通常通过汇流面积和坡度来计算,公式为:

其中, A 是汇流面积,  β 是坡度。

1. 首先计算坡度,汇水面积。

2.(坡度*3.1415926)/180来更换单位。

3.Con("坡度_π" > 0,Tan("坡度_π"),0.0001)计算tan(坡度)。

4. Ln((("流量" + 1) * 栅格分辨率) / "tan坡度")

### 如何在 ArcGIS 中计算地形湿度指数 (TWI) #### 准备工作 为了能够在 ArcGIS 中成功计算 TWI,需要准备高分辨率的数字高程模型(DEM)。该 DEM 数据应尽可能减少噪声和异常值的影响[^1]。 #### 计算坡度 使用 `Spatial Analyst` 工具箱中的 `Slope` 功能来计算基于 DEM 的坡度图层。这一步骤对于后续 TWI计算至关重要: ```arcgis arcpy.gp.Slope_sa("dem", "slope_output", "DEGREE") ``` 此命令会创建一个新的栅格文件 `"slope_output"` 表示各个位置的地表倾斜角度。 #### 计算流向与流量累积 接着通过 `Flow Direction` 和 `Flow Accumulation` 来模拟水流动路径以及汇流情况: ```arcgis # 创建流向栅格 arcpy.gp.FlowDirection_sa("dem", "flow_direction") # 基于流向计算累计流量 arcpy.gp.FlowAccumulation_sa("flow_direction", "flow_accumulation") ``` 这些操作可以得到水流方向及其汇聚程度的信息,为最终 TWI 提供重要参数输入。 #### 地形湿度指数 (TWI) 计算 最后按照下面公式实现 TWI 的具体运算过程: \[ TWI = \ln(a / \tan(\beta)) \] 其中 \(a\) 是特定地点以上区域贡献给这一点上的平均集水量;而 \(\beta\) 则代表局部地面斜率角。上述两个变量分别由前面提到过的 `flow_accumulation` 及 `slope_output` 得到转换而来。注意,在实际应用中可能还需要考虑单位一致性等问题。 ```arcgis import math from arcpy.sa import * # 将坡度从度数转成弧度并求正切值 slope_radian = Raster("slope_output") * math.pi / 180 tan_beta = Tan(slope_radian) # 对累积流量取自然对数值作为面积因子 area_factor = Ln(Raster("flow_accumulation")) # 执行 TWI 公式运算 twi_result = area_factor - Ln(tan_beta) twi_result.save("twi_final") ``` 这段脚本实现了完整的 TWI 计算流程,并保存结果至指定路径下的新栅格文件 `"twi_final"` 中。
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