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Erhalten Sie negative Topographic Wetness Index (TWI)-Werte in SAGA GIS?

Erhalten Sie negative Topographic Wetness Index (TWI)-Werte in SAGA GIS?


Ich erhalte negative topografische Index-Feuchtigkeitswerte in SAGA GIS - bekommt das sonst noch jemand?

Nicht alle negativen Werte, aber das Minimum des TWI-Bereichs ist für einige steile Wasserscheiden, die wir untersuchen, negativ. Bereiche werden so negativ wie (ca.) -1,5.

Dazu muss der sich aus (spezifisches Einzugsgebiet / tan Steigung ) ergebende Wert kleiner als 1 sein, da ln von Werten zwischen 0 und 1 = ein negativer Wert ist.

Es ist eine sehr steile Wasserscheide, daher haben wir Steigungen, die sich 1,57 Radianten (fast 90 Grad) nähern. Tatsächlich beträgt die maximale Neigung für die fragliche Wasserscheide 1,509 Radiant (oder 86,459 Grad). Und der Mindestwert für das spezifische Einzugsgebiet beträgt 2.2175 m. Wir können also sehen, dass wir, wenn wir ln(2.2175/tan 1.509) berechnen, was weiter vereinfacht ln(2.2175/16.16159) und dann ln(0.137208) ist, einen negativen Wert (-1.8 oder so) erhalten, der das theoretische absolute Minimum anzeigt TI-Wert für unsere Wasserscheide. Seine theoretische Ursache ist, dass sich der steilste Anstieg und der kleinste SCA nicht kombinieren lassen, aber einige nahe Werte tun es, um ein echtes Minimum von ca. -1,5.

Genauer gesagt hat das DEM in unserer steilen Wasserscheide eine Auflösung von 8,86 m und das von SAGA berechnete Minimum der Gesamteinzugsgebietsfläche entspricht dieser Zellengröße im Quadrat (78,4996 m²). Dies ist sinnvoll, da es Zellen im Einzugsgebiet gibt, die keinen Fluss von anderen Zellen akzeptieren und daher eine Gesamteinzugsfläche haben, die der Zellenfläche entspricht. Für diese Zellen sollte nun bei lokalisierten Spitzen in der Wasserscheide (oder sogar maximalen Spitzen an den Rändern) die spezifische Einzugsfläche gleich der Gesamteinzugsfläche für diese Zellen geteilt durch die Konturbreite der abfallenden Fließwege sein. Diese Spitzen fließen zu allen benachbarten Zellen, diese 78,4996 werden durch (wie derzeit in SAGA codiert) 35,4 (was 8 * 0,5 * 8,86 ist) geteilt. Dies ergibt ein spezifisches Einzugsgebiet von mindestens 2.2175 m.

Mein Hauptproblem bei diesem negativen TI-Ergebnis ist, dass ich es nicht für möglich halte oder zumindest nie wirklich negative TI-Werte gesehen habe, über die in einem Papier gesprochen / grafisch dargestellt wird.

Irgendwelche Gedanken von jemandem?


Das ist eine gute Frage, und ich neige dazu, von Zeit zu Zeit gestellt zu werden. Wie Sie bereits erwähnt haben, gilt zunächst die Gleichung für TWI = ln(ein / braun(B)), wo ein ist das „spezifische“ Einzugsgebiet (d. h. das auf ein Maß für die Höhenlinienlänge normierte bergaufwärts liegende Zuflussgebiet) und B ist der Neigungsgradient im Bogenmaß an der Gitterzelle. Wie Sie richtig bemerkt haben, nimmt TWI nur negative Werte an, wenn ein < braun(B), da der natürliche Logarithmus jedes Wertes kleiner als 1 negativ ist. Negative TWI-Werte sollten also überraschen. Denken Sie daran, TWI ist nur ein Index. Alles, was Sie sagen können, ist, dass zwei Gitterzellen mit ähnlichen TWI-Werten aufgrund ihrer kombinierten Beitragsflächen und lokalen Neigungsgradienten unter ähnlichen Feuchtigkeitsbedingungen im Becken wahrscheinlich an der Oberfläche gesättigt werden. Es gibt Ihnen auch eine relative Rangfolge, wann Rasterzellen gesättigt werden, sodass Zellen mit höheren Werten wahrscheinlich vor Zellen mit niedrigeren Werten gesättigt werden. Diese negativen TWI-Werte gehören also wirklich zu den trockensten Orten im Becken. Das wahre Genie des TWI von Beven und Kirkby besteht darin, dass Sie, wenn Sie es mit einem einfachen hydrologischen Modell (zB TOPMODEL) verbinden, das dann die aktuellen Feuchtigkeitsbedingungen des Beckens verfolgt, die aktuelle Ausdehnung der oberflächengesättigten Fläche mit einem Schwellenwert in Beziehung setzen können TWI-Wert. Alle Gitterzellen mit einem TWI größer als dieser Schwellenwert definieren den aktuellen oberflächengesättigten Bereich, der voraussichtlich Überlandfluss und möglicherweise Rückfluss erfahren wird.

Für ein bestimmtes DEM können Sie tatsächlich herausfinden, unter welchen Bedingungen Sie diese negativen TWI-Werte wahrscheinlich finden. Für eine DEM Auflösung g, so niedrig wie möglich ein Der Wert ist gleich (oder ungefähr gleich, je nachdem, wie die TWI-Implementierung die Konturlänge bestimmt) g (d.h. g^2 / g). Wir können diesen Mindestwert nennen Amin. Rasterzellen damit ein Wert treten dort auf, wo keine einströmenden Zellen vorhanden sind, was wirklich nur entlang topographischer Gratlinien auftritt. Interessanterweise sind dies genau die Orte, an denen wahrscheinlich auch hohe lokale Hangneigungen auftreten. Jetzt können Sie also die Steigungsschwelle berechnen, an der TWI beginnt, negative Werte anzunehmen, als: Bthresh = atan(Amin). Da Sie eine DEM-Auflösung von 8,86 m haben, sind alle Rasterzellen mit dieser ein Werte mit einer Steigung von mehr als 83,56 Grad nehmen negative TWI-Werte an. Sie können sehen, warum viele Leute glauben, dass TWI nicht negativ sein kann; das ist eine ziemlich hohe Steigung und die Bedingungen, unter denen Sie einen negativen TWI erhalten würden, sind eher selten. Dann haben Sie Glück, in einem so interessanten Umfeld zu arbeiten. (HINWEIS: TWI war nie dafür gedacht, in der sehr breiten Palette von Landschaften verwendet zu werden, in denen es heute üblich ist.)

Im obigen TWI-Raster habe ich jede der Gitterzellen mit negativem TWI hervorgehoben. Wie Sie sehen können, ist dies im Raster nicht allzu häufig. Tatsächlich ist es in diesem Fall aufgrund ihrer sehr steilen Seiten und ihrer kleinen Größe vollständig auf Gitterzellen beschränkt, die mit Off-Terrain-Objekten (Gebäuden in diesem LiDAR-DEM) verbunden sind ein Werte. Dieser spezielle Fall ist aus Prozesssicht nicht sehr realistisch (was bedeutet der Nässeindex eines Gebäudes?), aber dennoch unterstreicht er meinen Standpunkt gut.

In seinem Kommentar weist Jeffery Evans auf die Möglichkeit hin, dass der Grund für negative Werte in der Art und Weise liegt, wie Nullsteigungswerte behandelt werden. Tatsächlich haben diese flachen Gebiete eher sehr große TWI-Werte als negative Werte. Flache Gebiete, die auch tendenziell sehr tief liegende Talsohlenlagen sind, gehören zu den feuchtesten und zuerst gesättigten Lagen in einem Becken. Jetzt offensichtlich, wenn B ist null, tan(B) ist ebenfalls null und Sie erhalten eine Division durch null, was natürlich unendlich ist. Dies ist so, als würde man sagen, wenn Sie einen perfekt flachen Standort haben, wird er immer gesättigt sein, da er kein Wasser in eine abfallende Position ableiten kann. Denken Sie noch einmal daran, dass TWI ein relativer Feuchtigkeitsindex basierend auf der Topographie sein soll. Wir sagen nicht, dass eine Zelle mit einem TWI-Wert von 2 doppelt so gesättigt ist wie eine Zelle mit einem TWI von 1. Aber wir können natürlich Es gibt kein Raster mit unendlichen Werten, und abhängig von der Qualität und den Quelldaten Ihres DEM sind Nullgradienten ziemlich wahrscheinlich. Es ist also richtig, dass Entwickler von TWI-Tools spezielle Regeln haben müssen, um Gitterzellen mit einem lokalen Gradienten von Null zu handhaben. Im Allgemeinen setzen Sie einfach ein "wirklich hoher Wert" ein, um den Benutzer wissen zu lassen, dass diese Site ziemlich nass ist. Das Problem bei diesem Ansatz besteht darin, dass Benutzer, genau wie Sie gefragt haben, warum Sie negative TWI-Werte erhalten, häufig sagen: "Warum erhalte ich TWI-Werte von bis zu 9999?". Eine Alternative besteht also darin, einfach einen NoData-Wert in diese Zellen zu stecken.

Ich hoffe, das hilft dir, deine Fragen zu beantworten.


Schau das Video: How to calculate Topographic wetness index using ArcGIS