洮河流域径流输沙演变与降雨及降雨侵蚀力的关系

[目的]揭示气候变化、人类活动耦合作用下复杂的水沙变化、水沙关系,探明降雨侵蚀力的影响及径流输沙变化的响应机理,为流域水土流失防治和生态建设提供科学参考依据。[方法]基于洮河流域及周边6个气象站点逐日降水和下游控制站逐月径流输沙数据,采用多元统计分析法、水沙曲线、相关系数、灰色关联度、弹性分析法等方法分析研究了径流、输沙、降雨(P)、降雨侵蚀力(R)演变规律,及其相互作用关系。[结果]洮河流域1956—2019年径流整体呈显著下降趋势,线性变化率-2.8×10⁷m³/a, 1987年发生突变,输沙整体呈显著下降趋势,线性变化率-4.61×10⁵t/a, 2003年发生突变,降雨、降雨侵蚀力均呈不显著上升趋势,且未出现明显突变。洮河流域R上中游小于下游,夏季(626.33)>秋季(125.31)>春季(122.22)>冬季(0),夏季降雨侵蚀力占比71.67%,夏季对泥沙侵蚀影响最大。P与R分布相反,P相对较小的下游流域R较大,P相对较大的上中游R较小,流域水沙异源,上中游产水,下游产沙。对输沙量影响最大...     

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。     

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。     

新疆维吾尔自治区1981-2018年降雨侵蚀力的空间变化特征

[目的] 分析1981—2018年新疆维吾尔自治区降雨侵蚀力空间变化特征，为该区土壤水力侵蚀理论研究和开展水土保持相关实践工作提供科学参考。[方法] 以1981—2018年新疆38个气象站的逐日降雨资料为基础，采用半月降雨侵蚀力算法模型计算降雨侵蚀力因子R，进而反映降雨对土壤侵蚀的内在作用，并采用倾向率和Kriging插值方法分析新疆降雨侵蚀力的空间变化特征。[结果] ①新疆多年平均降雨侵蚀力和降雨量空间格局相似，呈西高东低，中部高南北低的格局。近40 a新疆年降雨侵蚀力总体上处于波动增加趋势，其平均增速为15.6[MJ·mm/（hm²·h·a）]/10 a，但因区域不同而有差异，其倾向率天山北部多呈正值，南部多为负值或持平，且北部高于南部。②降雨侵蚀力最大倾向率多出现在夏季（6—8月），但不同区域四季分配格局不同，北部大部分区域春、夏季较高，南部大部分区域夏、秋季较高，多年平均降雨侵蚀力年内分配呈集中在“春夏”格局，但不同区域集中程度不同，其年内集中程度均为降雨侵蚀力高于降雨量，说明能够产生土壤侵蚀的大降雨事件多出现在5—8月。[结论] 气候和海拔高度是影响降雨侵蚀力格局的关键要素，在气候变化背景下，春夏季的大降水事件对新疆天山山区土壤水力侵蚀不容忽视。     

陕西省降雨和风蚀气候侵蚀力时空分布特征

[目的]研究陕西省不同区域降雨侵蚀力和风蚀气候侵蚀力的时空分布特征、突变特征和周期特性等,为陕西水土流失防治和生态建设提供科学依据。[方法]利用陕西省96个气象站1981—2020年气象观测资料计算了全省降雨侵蚀力和风蚀气候侵蚀力,采用气候趋势分析、空间插值、M-K检验、小波分析等方法,分析了陕西省风蚀、水蚀气候侵蚀力时空分布特征、突变和周期特征等。[结果](1)全省1981—2020年降雨侵蚀力为2 719.6 MJ·mm/(hm²·h),空间差异性较大,呈现南高北低的空间分布。陕西省风蚀气候侵蚀力为3.18,呈现北高南低的空间分布特征。(2)近40年陕西省降雨侵蚀力年际波动较大,呈现微弱上升趋势,但未通过显著性检验。全省降雨侵蚀力经历了先减小后增大的变化趋势,目前处于降雨侵蚀较大的年代。陕西省风蚀气候侵蚀力年际波动较大,但无显著变化趋势。风蚀气候侵蚀力近40年先增强后减弱,大部分地区风蚀气候侵蚀力在20世纪90年代最强,目前处于最弱的年代。(3)降雨侵蚀力主要以6—9月较大,最大值出现在7月,风蚀气候侵蚀力则以冬春两季较大,4月最大,二者具有明显的非同步性。(...     

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。     

基于日雨量的长武县53年来降雨量及侵蚀力演变趋势分析

用长武县1957—2009年日雨量数据,对该地区侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力不同时间尺度变化趋势及其协同性进行系统分析,为该区水土流失治理及生态环境建设提供科学支持。结果表明:(1)长武县53a来多年平均降雨量577.8mm,侵蚀性降雨量340.7mm,降雨侵蚀力1 691.2(MJ.mm)/(hm2.h)。3要素变异系数、集中程度逐渐增大,变异系数分别为22.5%,34.4%,43.2%。分别有76.1%,83.4%和85.8%的量集中于夏、秋两季,53.2%,65.5%,70.1%的量集中于7—9月。(2)53a来年降雨量和年侵蚀性降雨均呈不显著减少趋势,受极端降雨事件发生次数增多的影响,降雨侵蚀力呈不显著增加趋势。季节间的变化格局类似,夏、秋两季均呈不显著的增、减趋势,春、冬两季均呈显著减、增趋势。4月、6月呈显著的减、增趋势。(3)对全年降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力年际变化的贡献程度,季节尺度上均受夏、秋两季尤其夏季影响较大,月尺度上则以7—9月尤其8月影响较大。影响程度在3要素间逐渐增强。53a来3要素的演变特征既有差异,又有巨大协同性。     

珠江流域1960―2012年降雨侵蚀力时空变化特征

降雨侵蚀力反映了降雨对土壤侵蚀的潜在能力,研究其时空变化特征对流域土壤侵蚀监测、评估、预报和治理等工作具有重要意义。根据珠江流域43个气象站1960-2012年逐日降雨资料计算各站点降雨侵蚀力,采用线性回归,Mann-Kendall方法,小波分析和Kriging插值等方法对流域降雨侵蚀力进行了时空变化分析。结果表明:珠江流域多年平均降雨侵蚀力值的分布范围为1 858.0~14 656.6 MJ·mm/(hm2·h),平均值为7 177.1 MJ·mm/(hm2·h),与多年平均降雨量极显著相关(相关系数0.952,P0.01),空间分布规律与多年平均降雨基本一致,即总体上均呈从东到西逐渐递减的规律,被统计站点的降雨侵蚀力随着经度增加而增加,但随纬度增加而减少;流域年、季节、汛期和非汛期降雨侵蚀力变化趋势均不显著,均没有发生显著的突变,其中春、秋两季降雨侵蚀力呈下降趋势,其余时间段呈上升趋势;珠江流域大部分地区年降雨侵蚀力呈上升的趋势,其中韶关站点上升显著,沾益站、风山站、河池站、百色站、柳州站、融安站和桂林站的冬季降雨侵蚀力同样上升显著,这些地区面临的水土保持压力较大;流域年均降雨侵蚀力变化主周期为3.8 a,且存在2.0~7.0 a的振荡周期。研究结果可为珠江流域的水土保持、农业和生态保护,灾害控制等工作提供科学决策依据。     

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。     

基于M-K检验和地统计分析的沂蒙山区降雨侵蚀力时空变化趋势研究

[目的] 分析降雨侵蚀力的时空变化特征,为区域土壤流失监测和水土保持工作提供数据支撑。[方法] 利用沂蒙山国家级水土流失重点治理区及其周边71个雨量站1980—2018年逐日雨量资料,综合运用冷暖季日雨量公式、M-K检验、地统计插值等方法,对降雨侵蚀力的时空变化趋势进行分析。[结果] ①降雨量和侵蚀性降雨量成中度月集中性（FI>53,CI>0.17）,降雨侵蚀力具有高度月度集中性（FI=399.88,CI=0.24）,年内变化曲线呈单峰形,峰顶位于7—8月; ②研究区多年平均降雨量743.52 mm,多年平均降雨侵蚀力3 656.87 MJ·mm/（hm²·h·a）,空间上呈现北低南高,西低东高的分布趋势; ③降雨侵蚀力年际波动属中等变异,总体呈不显著增长趋势。空间上在西北部上升趋势显著（z>1.96）,在南部少量区域呈不显著的下降趋势（z<0）。[结论] 降雨侵蚀力增加会导致区域水土流失风险提升,因此,应针对区域降雨侵蚀力增加区域,加强水土流失综合防治工作,实现生态环境与经济社会的可持续发展。     

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.     

1951-2018年韶关不同量级降雨侵蚀力变化

降雨是引起土壤水蚀的主要动力因子之一,为探讨韶关市不同量级降雨对土壤水蚀特征造成的影响,选取1951—2018年韶关市逐日降雨量数据,采用日降雨侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,利用变异系数、趋势系数分析不同时间尺度各量级降雨侵蚀力的变化。结果表明:(1)68年来韶关市年均降雨侵蚀力为9 314(MJ·mm)/(hm~2·h·a),变异系数为0.29,属于中等变异;(2)年降雨量、降雨日数、侵蚀性降雨量和降雨日数均呈上升趋势,而非侵蚀性降雨量和降雨日数则呈下降趋势,且暴雨量和暴雨侵蚀力呈较明显上升趋势,说明韶关市降雨更为集中,降雨侵蚀力增加;(3)大雨以上量级的降雨日数和降雨量占总降雨日数和总降雨量的比例分别为43.91%,51.15%,而其引起的降雨侵蚀力占总降雨侵蚀力比例却高达77.05%。研究结果为韶关市的土壤侵蚀的监测和水土保持工作提供参考。     

山东降水时空分布变化及其影响因素

基于山东省18个气象台站1981-2010年30年逐日降水资料,利用反距离加权、Mann-Kendall非参数检验法、皮尔逊相关系数和小波分析等方法,综合起来对30 a来山东地区降水的时空分布特征及其影响进行了研究。结果表明:空间分布上,泰山、日照和石岛地区为多雨区,年降水量达740 mm以上;莘县、惠民县和东营等地为少雨区,年降水量500~550 mm。降水量沿海大于内陆,山区大于平原。时间分布上,年降水量呈现上升趋势,沿海地区降水上升幅度普遍大于内陆地区,其中威海上升幅度最大,高达9.71 mm/a。分季节来看,春夏季和全年保持一致,降水呈上升趋势,秋冬季部分站点呈现下降趋势,其中秋季最为明显,东南沿海和鲁南地区出现大面积负值区。突变检验可以看出,在1997年左右山东年降水量有一次显著的突然上升的过程。分析表明,山东地区降水变化与南方涛动和东亚夏季风之间有相似的震荡周期,在空间上存在一定的响应关系,但存在明显的区域差异。     

1960-2017年贵州省不同水系降雨侵蚀力时空变异特征

[目的] 研究喀斯特生态脆弱区降雨侵蚀力区域特征,为区内水土流失防治、生态保护等工作提供科学参考。[方法] 基于贵州省33个气象站点1960-2017年逐日降雨资料,利用空间插值、线性趋势、重心模型、突变检验、聚类分析等方法,对比分析了不同水系降雨侵蚀力时空变异特征。[结果] 贵州省不同水系多年降雨侵蚀力以波动下降趋势为主,与基于聚类分区的各区域变化趋势基本一致,但突变特征不明显。降雨侵蚀力空间变异性较大,长江流域水系空间分布呈现出从东南向西北递减特征,而珠江流域水系则表现为从东向西递增。大雨与降雨侵蚀力分布密切关联,年内降雨侵蚀力重心迁移路径与大雨重心较为一致,主要集中在贵阳市及其周边县区。降雨侵蚀力与经度、纬度、海拔和坡度均呈不同程度的显著相关性（p<0.05）,与坡向的相关性不明显。[结论] 贵州省各水系降雨侵蚀力时空变异性较强,区域特征明显。应根据区域特征进行喀斯特生态脆弱区水土流失定向阻控。     

渭河流域降雨侵蚀力时空分布特征

[目的]揭示渭河流域降雨侵蚀力的时空变化特征,为区域水土保持规划提供依据。[方法]根据渭河流域及其周边范围30个气象站点1957—2014年逐日降雨资料,采用章文波日降雨量侵蚀模型计算各站点的降雨侵蚀力,分析其空间分布规律和年内分布特征。[结果]渭河流域多年平均降雨侵蚀力值分布范围为806.25~3 510.81 MJ·mm/(hm2·h),平均值1 798.97 MJ·mm/(hm2·h),与多年平均侵蚀性降雨的空间分布基本一致,总体呈现西北低东南高的趋势。渭河流域降雨侵蚀力年内变化呈单峰型,主要集中在7—9月,占全年降雨侵蚀力的63.91%。北部黄土高原地区和关中平原发生水土流失的时期集中在7—9月,而秦岭北麓地区5—10月均有可能发生较大的水土流域,侵蚀风险由西北向东南递增。流域降雨侵蚀力年际波动较大,年际变率Cv值在34%~56%之间,整体而言,流域西北部地区的降雨侵蚀力年际变化幅度大于东南部地区。除洛川、长武、环县、平凉4个站点降雨侵蚀力在研究时段内有所增大外,其余地区降雨侵蚀侵蚀力呈不同速率的减小趋势。[结论]渭河流域降雨侵蚀力时空分布差异显著,尽管流域降雨侵蚀力呈减弱趋势,由于流域地处黄土高原,水土保持与水源涵养工作仍需高度重视。     

赣江上游平江流域近30年不同量级降雨时空分布特征

为研究全球气候变暖影响下的赣江上游平江流域不同量级降雨时空分布特征,基于1989—2018年逐小时降雨数据,运用Mann-Kendall趋势检验法、Morlet小波分析等方法对不同量级降雨在年、季、月、时尺度上进行了分析。结果表明:(1)近30年来,小、中、大、暴雨占年雨量的比率分别为18.64%,29.76%,29.70%,21.90%,降雨集中在春、夏季,小、中、大、暴雨峰值分别出现在3月、4月、6月、6月,百年一遇暴雨量为175.5 mm;(2)空间分布特征:暴雨在各尺度上多为“南低北高”,小雨、大雨总体表现为“西低东高”,中雨随机性较强,在各尺度上差异较大;(3)年小雨、年中雨量呈下降趋势,年大雨、年暴雨量呈上升趋势,2月、11月中雨量分别通过α=0.05及0.01显著性检验分别表现为下降、上升趋势;(4)小时降雨量在09:00至次日06:00随时间变化递增,其与降雨侵蚀力在空间分布上均表现出自东北向中南递减而后向西南递增的特点,其雨带在空间上随时间的推移表现出自中部向两侧扩散的特征;(5)年降雨量受中、大雨量的影响第一、二主周期表现为26～27 a,7～8 a,受暴雨量的第一主周期影响第三主周期表现为4～5 a。综上,不同量级降雨时空分布不均,具有朝极端降水发展的趋势,未来应更加注意5—6月流域北部由暴雨带引发的洪涝灾害。     

典型喀斯特聚集区不同地貌类型干旱时空特征

为探究西南典型喀斯特聚集区不同地貌类型干旱时空特征,研究选取贵州省作为研究区,基于贵州19个气象站点1951—2020年的气象数据,利用SPI指数、M-K突变检验等方法研究贵州近70 a降水与气温在不同时间尺度变化规律,探讨不同地貌分区干旱的年、季时空尺度耦合特征。结果表明：(1)贵州近70 a的年均降水量整体呈缓慢下降趋势、气温呈现上升的趋势。(2)不同地貌分区干旱情况差异较显著,其中非喀斯特和峰丛洼地地貌背景下干旱呈现微弱上升趋势,其他分区干旱均呈下降趋势。(3)各分区在夏、秋季干旱指数均呈减少态势,冬季干旱指数呈增加态势。除岩溶高原和岩溶断陷盆地外,春季其他地貌分区旱情均呈加剧趋势。旱情加剧程度最大出现在岩溶槽谷春秋季和岩溶断陷盆地夏冬季,旱情加剧程度最小出现在非喀斯特地区的夏秋季和岩溶高原地区冬春季。(4)岩溶槽谷和非喀斯特的SPI12均值无明显突变点,岩溶峡谷的SPI12值在1987发生突变,岩溶高原和峰丛洼地分别在2002年和2019年前后发生显著性跳跃,岩溶断陷盆地在置信范围内发生三次突变。综上,研究结果可以为同类型干旱防灾减灾提供一定的参考依据。     

浙江省降雨侵蚀力变化特征分析

根据浙江省83个气象站1980-2009年逐日雨量资料,采用日降雨侵蚀力模型,运用Mann-Kendall非参数检验和径向基函数插值等方法,研究了该省降雨侵蚀力变化的时空分布特征。结果表明,近30a来浙江省多年降雨侵蚀力长期变化趋势不显著,但冬季呈显著上升趋势,1和12月为上升趋势的主要贡献月份;浙江省多年平均降雨侵蚀力由西北向东南递增,月、季降雨侵蚀力变化趋势显著的集中区主要位于浙中浙北地区,但夏季降雨侵蚀力较大,上升趋势显著的集中区位于该省东南部,该地区降雨潜在侵蚀动能较大,是水土保持的重点区域。