黄土高原不同地貌类型区降雨侵蚀力时空特征研究

通用土壤流失方程USLE是迄今为止较为成熟,应用较广的土壤侵蚀预报模型,区域降雨侵蚀力R及其分布特征是将USLE应用于较大地区的关键.以日降雨量计算侵蚀力模型为基础,建立了黄土高原月降雨量计算降雨侵蚀力模型.用黄土高原235个气象站点1971-2000年30 a的月降雨量数据,计算得各站点的时间序列月降雨侵蚀力和年降雨侵蚀力,通过Kriging空间插值方法生成降雨侵蚀力时空分布栅格图像,并分析了不同地貌类型区降雨侵蚀力的时空特征.黄土高原降雨侵蚀力空间分布从东南到西北呈梯度递减趋势,范围在300～7 500,平均不到3 000,不同地貌类型区从大到小依次为土石山区、丘陵沟壑区(延安)、高塬沟壑区、丘陵沟壑区(榆林)、丘陵区(陇西);降雨侵蚀力年内分布主要集中于7,8两月,年际变化上存在一个2.7 a的波动周期,波动范围在多年平均值的1倍以上,不同地区相差较大.     

基于不同模型的黄河中游降雨侵蚀力时空变化分析

[目的] 基于不同模型探究黄河中游地区降雨侵蚀力的时空演变特征,为该地区水土流失危害评估、水土保持措施规划提供参考依据。[方法] 采用黄河中游1981—2020年日降雨量数据集,基于两种降雨侵蚀力模型探究了降雨和降雨侵蚀性的时空变化特征。 [结果] 黄河中游年均降雨量为349.90～699.90 mm,空间上自东南向西北呈波浪形递减趋势,时间上呈多峰状不显著的波动上升趋势特征,存在2 a主周期变化特征。黄河中游两种模型的降雨侵蚀力年际变化趋势特征和周期性相似,但降雨量越大的地区,两模型估算的降雨侵蚀力结果相差越大。谢云模型估算的降雨侵蚀力结果与降雨量相对更拟合。黄河中游年均降雨侵蚀力为767.00～3 003.40 MJ·mm/(hm²·h),具有高度月度集中性,集中于7—8月,呈单峰型。 [结论] 黄河中游年均降雨侵蚀力具有显著的垂直空间差异,且在地形和地貌影响下空间差异会发生变化,高海拔地区的变化系数通常高于低海拔地区。在东南部秦岭山区和关中平原等地区,随海拔升高,降雨侵蚀力迅速减少,在西北部黄土高原区,随海拔升高而逐渐增加。因此在黄河中游降雨侵蚀性增加的地区,应采取适当措施,减少土壤侵蚀的潜在风险,确保区域生态安全的可持续发展。     

福建省北部降雨侵蚀力时空变化特征

为了解福建省北部降雨侵蚀力的时空变化特征,更好地监测福建省北部的水土流失变化,选取1980~2009年福建北部13个雨量站的逐日降水数据,估算研究区的降雨侵蚀力R值,分析福建省北部降雨侵蚀力的时空变化特征。结果表明:福建省北部降雨侵蚀力年内分配集中在3~8月,呈弱双峰式分布;1980~2009年间福建省北部降雨侵蚀力的年际变化呈波动上升,30a内出现一次突变情况,年际变化自东向西逐渐降低且降雨侵蚀力分布不均,降雨侵蚀力高值集中于研究区西北与东部地区。     

基于修正简易模型的陕北黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力分布特征

降雨侵蚀力经典模型计算结果准确,但计算过程繁琐、数据量大且难获取;简易模型计算便捷,但结果不够准确.本文分析了8种黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力模型的差异,并对简易模型进行修正.以经典模型为基准值,对与经典模型结果最为接近的简易模型进行修正,基于修正后的简易模型分析黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力的时空分布特征.在此过程中用到的方法主要是数理统计法和模型差异分析方法.经典模型更能准确估算陕北黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力;拟合模型y=0.849x-29.651可以提高章文波降雨侵蚀力简易模型的模拟精度(拟合优度0.734);陕北黄土丘陵沟壑区2006-2012年间降雨侵蚀力总体呈现上升趋势;汾川河流域、清涧河流域上游降雨侵蚀力较高,下游次之;延河流域、大理河流域下游降雨侵蚀力较高,上游次之.降雨侵蚀力简易算法经修正后可以较好的估算黄土丘陵沟壑区的降雨侵蚀力的时空分布特征,陕北黄土丘陵沟壑区2006-2012年间降雨侵蚀力时空分布不均,降雨侵蚀力整体较高.     

黄土高原50余年来降雨侵蚀力变化及其对土壤侵蚀的影响

采用Mann-Kendall非参数检验法和累积量斜率变化率分析等方法,分析了黄土高原1960—2011年降雨侵蚀力变化及其对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)黄土高原年均降雨侵蚀力呈显著下降趋势,平均年下降速率为3.64MJ·mm/(hm~2·h·a);(2)年降雨侵蚀力在空间上呈现"大者变小,小者变大"的变化趋势,以400mm等降雨线为分界线;(3)降雨侵蚀力变化不是影响河流输沙变化的主导因素,渭河、泾河、北洛河、延河、无定河和汾河的贡献率分别为1.54%,0.11%,10.87%,16.47%,5.71%;(4)不同流域降雨侵蚀力对土壤侵蚀作用程度不同,主要支流侵蚀产沙率泾河无定河渭河延河北洛河汾河。降雨侵蚀力的分布特征和变化趋势,结合不同流域侵蚀产沙率,可作为评价流域内气候变化对土壤侵蚀作用的指标。     

1961—2020年沂蒙山区降雨侵蚀力时空变化特征

为了分析沂蒙山区降雨侵蚀力的时空变化特征,利用沂蒙山区20个国家气象站1961—2020年的逐日降雨数据,采用日降雨侵蚀力模型、Mann-Kendall趋势/突变检验法、累积距平法、小波分析、反距离加权插值(IDW)等方法进行了系统的研究。结果表明:沂蒙山区年均降雨侵蚀力为5 081.59(MJ·mm)/(hm²·h·a),且年际变化呈现波动上升的变化趋势; 年降雨侵蚀力存在22 a的主周期和7 a的次周期; 降雨侵蚀力年内多集中在汛期6—9月份,占全年的84.15%; 除秋季外,春季、夏季和冬季的降雨侵蚀力均呈现上升的变化趋势; 年均降雨侵蚀力空间上由东南向西北呈带状逐渐递减; 各气象站变异系数的范围是0.32～0.53,地区差异比较明显,西部地区相对较大,南部地区相对较小。沂蒙山区降雨侵蚀力的时空分布特征与侵蚀性降雨分布基本一致,并且集中分布在汛期,因此要加强研究区汛期尤其是7月、8月份的水土流失防治工作,可为研究区水土流失的监测、预报及治理等提供决策依据。     

三峡库区(重庆段)降雨侵蚀力变化趋势及突变分析

三峡库区水土流失是社会关注的焦点问题,采用Mann—Kendall非参数检验法对三峡库区(重庆段)1955—2010年降雨侵蚀力变化趋势及突变进行分析,获取56a来研究区降雨侵蚀力时间变化特征。结果表明:(1)1955—2010年,研究区年降雨侵蚀力增大趋势不显著(sig=0.05)。季节降雨侵蚀力变化上,仅夏季降雨侵蚀力显著增大,需加强夏季水土流失治理。(2)1955—2010年,研究区年降雨侵蚀力突变开始于1967年,在1980s—1990s显著增大(sig=0.05)。季节降雨侵蚀力突变结果表明,春、秋季降雨侵蚀力突变开始于1950s末,1970s—1980s显著增大(sig=0.05);夏季降雨侵蚀力突变开始于1979年,在2000年后显著增大(sig=0.05),近10a来夏季降雨侵蚀潜能明显增强。(3)沿长江干流的各气象站点中,仅涪陵站年降雨侵蚀力增大显著(sig=0.1)。奉节、万县两站春、秋季节降雨侵蚀力变化趋势与沙坪坝、涪陵两站存在差异;奉节站季节降雨侵蚀力突变与其他3个站点差别较大,地形是影响研究区降雨侵蚀变化空间分异的重要因素,需加强奉节、万县的水土流失防治工作。     

1970—2019年大汶河流域降雨侵蚀力时空变化分析

研究大汶河流域降雨侵蚀力(R)对土壤侵蚀的影响,可为流域水保工作提供科学依据。以大汶河流域6个雨量站1970—2019年逐日降雨数据为基础,通过Mann-kendall趋势检验和突变检验、累积距平、小波分析、逆距离加权插值和泰森多边形等多种方法分析了大汶河流域降雨侵蚀力的时间与空间的分布特征。结果表明:大汶河流域1970—2019年年均降雨侵蚀力范围为1 310.84～6 721.53 MJ·mm/(hm²·h·a),均值为3 808.83 MJ·mm/(hm²·h·a),年际变化比较剧烈且呈微弱下降趋势,存在着4～7 a,8～12 a,17～25 a共3类周期变化,突变年份为1979年; 年内分布集中在6—9月,7月、8月尤为突出,四季的年际变化趋势为先上升后下降再到上升; 空间上整体分布为中部>东部>西部,整个流域降雨侵蚀力的离散程度为东、西部较大,中部较小; 降雨侵蚀力与海拔、降雨量在不同的地区上都有较强的相关性。大汶河流域降雨侵蚀力空间分布差异显著,年际存在周期性且变化显著,年内集中于7月、8月。因此,7月、8月水土流失的预防和控制尤为重要。     

基于日降雨数据的辽宁省降雨侵蚀力初步分析

为了对降雨引起的土壤侵蚀力的潜在能力进行评估,在收集整理了辽宁省及周边22个气象台1965—2016年的逐日降雨量数据的基础之上,通过构建日降雨侵蚀力模型对研究区域的多年降雨侵蚀力进行计算和分析,并初步探讨了降雨侵蚀力在时空上的分布变化规律。研究表明:辽宁省降雨侵蚀力在空间上整体表现出由东南向西北方向逐级递减的趋势;降雨量与降雨侵蚀力的分布特征表现出明显一致性,且在年际变化上均呈现出不明显的上升趋势;年内降雨侵蚀力主要集中于每年的6~9月,并占全年的78.51%。研究成果可为辽宁省水土流失的准确预测并采取有效的关键性水土保持治理措施提供一定的参考依据和数据支撑。     

1980-2013年闽西地区降雨侵蚀力时空变化特征

闽西地区是福建省土壤侵蚀重点防治区,为研究闽西地区降雨侵蚀力的时空分布格局,根据1980-2013年闽西地区9个站点的逐日降雨数据,利用日雨量模型来计算降雨侵蚀力,采用线性回归、气候倾向率、Mann-Kendall检验和反距离加权插值法(IDW)等方法对区域降雨侵蚀力的时空变化进行分析.结果表明:1)闽西地区多年平均降雨侵蚀力为9 504 MJ·mm/(hm2·h),与降雨量呈极显著正相关(P＜0.o1);2)空间上西高东低,与降雨量分布规律基本一致;3)降雨侵蚀力的年内分布主要集中在3-8月,占到全年的80.12％;4)1980-2013年期间研究区降雨量呈微下降趋势,而整体上降雨侵蚀力呈略微增加趋势,但未达到显著水平(P＞0.05),其中其在夏季呈现上升趋势,而在春秋冬3季呈现下降趋势;5)34年内降雨侵蚀力分别在1995和2002年发生突变.该研究可为该区域土壤侵蚀危险性评估和土壤侵蚀治理工作提供依据.     

1980-2009年闽东南地区降雨侵蚀力的时空分布特征

[目的]揭示闽东南地区降雨侵蚀力的时空变异特征,为区域水土流失防治及水土保持规划提供依据。[方法]基于闽东南地区1980—2009年26个雨量站的逐日降雨数据,运用福建省降雨侵蚀力简易算法。[结果]闽东南地区降雨侵蚀力年内分布集中于5—8月,呈现双峰式分布;降雨侵蚀力年际间变化幅度较大。1982年年降雨侵蚀力(R值)低至253.82(MJ·mm)/(hm2·h),2006年R值高达725.39(MJ·mm)/(hm2·h),极值比为2.86;30a内的闽东南地区的降雨侵蚀力并未出现明显的突变现象。[结论]研究区内降雨侵蚀力R值空间分布不均匀,总体上呈现沿海向内陆增加,西南高东北低的趋势。     

赣南九曲水流域降雨侵蚀力变化规律及其影响因素

为有效防治流域土壤侵蚀、维护生态安全,基于九曲水流域1982—2019年逐日降雨数据,运用小波分析、交叉小波变换等方法分析了中雨、大雨、暴雨及年降雨侵蚀力的年际变化规律,并探讨了太阳黑子、厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）及太平洋年代际涛动（PDO）对它们的影响。结果表明：（1）中雨、大雨、暴雨及年降雨侵蚀力的年际变化趋势均不显著（p>0.05）,其变异系数（C_V）分别为0.24,0.31,0.64,0.26,均属于中等变异。（2）不同量级降雨侵蚀力的周期变化差异明显,年降雨侵蚀力与暴雨侵蚀力均存在15~23年周期变化和19年主周期,二者联系更紧密。（3）年降雨侵蚀力和暴雨侵蚀力与太阳黑子、ENSO、AO、PDO均分别存在9~11,10~11,10~11,9~10年的显著共振周期,暴雨侵蚀力受太阳黑子、ENSO、PDO的影响大于中雨、大雨侵蚀力,大雨侵蚀力受AO的影响大于中雨、暴雨侵蚀力。研究成果可为赣南乃至我国土壤侵蚀预测预报与防治提供科学依据。     

嘉陵江流域降雨侵蚀力时空变化分析

降雨侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力,对预测土壤侵蚀量具有重要意义。对嘉陵江流域12个气象站的日降雨量资料,利用章文波日降雨侵蚀力模型估算流域的降雨侵蚀力。结果表明:嘉陵江流域降雨侵蚀力的空间变异与降雨量的空间分布趋势基本一致,由东南向西北递减,变化于800～9 000MJ.mm/(hm2.h.a)之间;流域内降雨侵蚀力年际变率Cv在0.346～0.493之间,除平武站呈显著减少外并无显著变化趋势;年内降雨侵蚀力随季节变化,夏秋季降雨侵蚀力较大,冬春季降雨侵蚀力较小。降雨侵蚀力年内集中度高,6—9月份的降雨侵蚀力占全年降雨侵蚀力的80%以上。近50a降雨侵蚀力存在35a,21a的主周期变化,且对应不同的丰枯状态。研究结果表明,虽然年降雨侵蚀力无明显变化,但年内却相对集中于夏秋两季,因此仍要做好汛期的水土流失等灾害的防治。     

1966-2017年贵州省降雨侵蚀力的时空分布特征

[目的] 分析贵州省1966—2017年降雨侵蚀力R值的时空演变规律，为评估该地区降雨对土壤侵蚀的防治、制定水土保持措施及农业生产规划提供参考。[方法] 基于贵州省33个气象站点1966—2017年的日降雨资料，利用克里金插值法、经验正交函数（EOF）方法、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析法等，对贵州省52 a的降雨侵蚀力R值的时空特征进行了分析。[结果] ①EOF分析方法可以较好地解释降水侵蚀力的时空分布特征，其前两个特征向量累计贡献率达52%，揭示了贵州省降雨侵蚀力全局型和东西反向型两种典型的分布模态。分析特征向量所对应的时间系数可得，贵州省的降水侵蚀力主要表现为全省全年偏大、全省全年偏小、东大西小、东小西大4种类型；②贵州省降雨侵蚀力R值年内主要受汛期降雨影响，全省各县市汛期降雨侵蚀力R值均占全年总量的60%以上；③在年际变化上，降雨侵蚀力R值存在多突变的现象，1971—1981年突变频率最为频繁。通过周期检验发现其变化主周期为28 a，次周期分别为12 a和6 a。[结论] 贵州省降雨侵蚀力的时空分布与降雨量的时空分布趋势近似，整体呈现南部大北部小，夏季大冬季小的趋势，在未来几年内降雨侵蚀力R值有上升的趋势。     

重庆降雨侵蚀力和侵蚀力密度对土壤侵蚀风险的评估

研究重庆降雨侵蚀力(RE)和侵蚀力密度(ED)的时空变化,有利于开展土壤侵蚀防治和水土流失风险评估。利用1961—2020年重庆34个气象站的逐日降雨数据、TM遥感影像资料,采用日降雨侵蚀力模型、Mann-Kendall非参数检验、变异系数、克里金插值、叠加分析等方法,对降雨侵蚀力和侵蚀力密度进行时空分析,对重庆土壤侵蚀强度进行空间分析。结果表明:(1)重庆年平均降雨侵蚀力为5 672.32(MJ·mm)/ (hm²·h·a),年平均侵蚀力密度为4.94 MJ/(hm²·h·a),各季节平均降雨侵蚀力和侵蚀力密度的变化趋势基本一致;(2)年降雨侵蚀力和侵蚀力密度值均呈现渝东北最大,渝东南次之,渝西最小的规律。季节降雨侵蚀力和侵蚀力密度集中在夏季,表现为降雨侵蚀力渝东北最高,侵蚀力密度渝东最高;(3)重庆2020年土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主,其次为轻度、中度、强度、极强度和剧烈侵蚀;(4)降雨侵蚀力、侵蚀力密度的侵蚀风险等级空间分布和土壤侵蚀强度等级空间分布相似,高值均出现在渝东北和渝东南地区。研究结果有助于管理者制定水土保持措施,有效防治重庆地区的水土流失。     

福建省1956—2013年降雨侵蚀力与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的关系

选取1956-2013年福建省57个主要气象站点日降雨量数据,采用日降雨侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,分析厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)对福建省降雨侵蚀力的影响.结果表明,虽ENSO对福建省不同区域的气象站点的影响存在差异,但总规律为:(1)福建省降雨侵蚀力年际变化和年内变化较大,总体呈现略微波动上升的趋势;(2)福建省降雨侵蚀力与赤道太平洋中东部海洋表面温度(SST)距平值呈现极显著相关.厄尔尼诺(El Ni(n)o)时期降雨侵蚀力较拉尼娜(La Nina)时期大,但均低于福建省平均降雨侵蚀力;(3)降雨侵蚀力与南方涛动指数(SOI)和多变量ENSO指数(MEI)存在极显著相关.通过分析ENSO对福建省降雨侵蚀力影响,为福建省土壤侵蚀的预测和土壤保持提供参考和依据.     

近60年山西省降雨侵蚀力时空变化特征

[目的]揭示降雨引发区域土壤侵蚀的潜在能力，分析降雨侵蚀力时空变化特征，为区域生态建设和水土流失治理提供科技支撑。[方法]基于近60 a(1960—2020年)山西省气象站点均一化逐日降水数据，采用线性回归及Mann-Kendall非参数检验、Hurst检验和地理信息空间插值等方法对山西省降雨侵蚀力变化趋势和时空分布特征进行分析，探讨了近60年山西省降雨侵蚀力时空变化。[结果]山西省1960—2020年多年平均降雨侵蚀力变化范围为828.29～3 002.21 MJ·mm/(hm²·h),最低值出现在1997年，最高值出现在1964年；各站点的降雨侵蚀力年际变化趋势迥异，其中五台山站呈显著下降趋势，除侯马站外，其他站点均呈下降趋势，且Hurst指数均高于0.5,表明该下降的趋势将长期持续；山西省多年平均降雨侵蚀力空间分布呈现东南高西北低的特征，且与降雨侵蚀力与地形存在一定的正相关关系。[结论]山西省大部分地区降雨侵蚀力呈下降趋势，黄河沿线表现为上升趋势，未来水土保持与生态治理工作依旧艰巨，应进一步加强山西省黄河沿线生态建设与水土流失综合治理。     

渭河流域降雨侵蚀力时空变化研究

降雨侵蚀力是反映流域降雨侵蚀能力的重要指标。基于渭河流域及周边地区25站56年的日降雨量,分析了流域降雨侵蚀力及其时空变化。结果表明:渭河流域降雨侵蚀力与降雨量的空间分布趋势基本一致,由东南向西北递减,变化范围为1 000~3 600 MJ·mm/(hm~2·h·a);降雨侵蚀力在年内呈单峰型分布,8月最大,1月最小,但6—9月占年侵蚀力的70%左右;渭河流域各站降雨侵蚀力年际差异显著;降雨侵蚀力年际变率为0.40~0.54,尤其20世纪80年代以来随机波动大且表现出一定减小趋势,但整体并无显著增加或减少趋势。     

无锡市降雨侵蚀力分布规律分析

以无锡市21处雨量站1992—2016年的日雨量数据等为基础,运用章文波等修订的日雨量侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,分析了无锡市降水时空分布规律,并提出了基于年侵蚀性降雨量的降雨侵蚀力简化算法。结果表明,无锡市降雨侵蚀力随月份先增加后减小;随年份总体呈增加的变化规律,但不是单一增长,而是三段式变化;在空间分布上表现为西南部高于东北部,最高值是最低值的1.5倍。利用无锡市10个站点数据进行回归分析,得出年侵蚀性降雨量与年降雨侵蚀力之间的三次曲线拟合方程作为简化算法,经验证可以用于无锡市年降雨侵蚀力计算。     

1964—2014年大连市降雨侵蚀力时空演变分析

基于大连市1964—2014年21个气象站点平均月降水量,估算其降雨侵蚀力,应用Arc GIS的kriging空间插值功能及地统计分析模块中的趋势分析方法,分析了大连市降雨侵蚀力时空分布规律,结果表明:在选取的3个典型站点中,大连站1964—2014年的降雨侵蚀力呈现增加趋势,瓦房店站呈减少趋势且下降幅度明显,而庄河站变化相对较小;大连市降雨侵蚀力呈自西南向东北递增的空间分布格局,不同站点降雨侵蚀力数据差值较大。