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长江中下游降雨侵蚀力时空变化及其与植被覆盖的关系

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生态学报 2024年

作者：王雪雯董晓华马耀明龚成麒魏冲陈玲安敏三峡大学水利与环境学院三峡库区生态环境教育部工程研究中心中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室地气作用与气候效应团队中国科学院大学地球与行星科学学院兰州大学大气科学学院西藏珠穆朗玛特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站中国科学院加德满都科教中心中国科学院中国-巴基斯坦地球科学研究中心三峡大学经济与管理学院

充分掌握大尺度流域降雨侵蚀力的时空变化特征对流域水土保持、防洪减灾和生态环境保护至关重要。基于长江中下游的119个气象站点57a逐日降雨资料，通过Xie模型计算各站降雨侵蚀力，使用旋转经验正交函数（REOF）法对降雨侵蚀力进行区... 详细信息

充分掌握大尺度流域降雨侵蚀力的时空变化特征对流域水土保持、防洪减灾和生态环境保护至关重要。基于长江中下游的119个气象站点57a逐日降雨资料，通过Xie模型计算各站降雨侵蚀力，使用旋转经验正交函数（REOF）法对降雨侵蚀力进行区域划分；结合Mann-Kendal检验、重标极差（R/S）法和相关性分析方法分析长江中下游降雨侵蚀力的时空变化特征，并揭示其与植被覆盖度之间的关系。结果表明：（1）长江中下游降雨侵蚀力整体呈上升趋势，年均降雨侵蚀力为5643MJ mm hm-2h-1。（2）不同季节降雨侵蚀力空间分布存在差异。冷季降雨侵蚀力空间分布不均，高值区主要集中在流域的西部和东北部，而暖季降雨侵蚀力则表现为以江西省为中心沿西北方向递减的空间分布格局，最大值和最小值出现在鄱阳湖环湖区（Ⅲ区）和长江干流武汉以下段及太湖水系（Ⅳ区）。（3）长江中下游相邻地理分区间降雨侵蚀力变化速率差异较大，降雨侵蚀力区域性差异显著。其中Ⅲ区、湘江及赣江流域（Ⅰ区）和Ⅳ区年均降雨侵蚀力呈显著增长趋势（P降雨侵蚀力与植被覆盖度存在负相关。但值得注意的是Ⅰ区在冷季呈现正相关，而且其中的湘江上游流域出现显著正相关。研究表明降雨侵蚀力是影响地表侵蚀过程的关键因素，侵蚀性降水会影响植被覆盖情况，进而影响地表的侵蚀过程。因此在重点关注高降雨侵蚀力地区的同时还需加强植被保护工作。本研究结果可为长江中下游区域水土保持及生态环境保护工作提供科学依据。

关键词：长江中下游流域降雨侵蚀力旋转经验正交函数植被覆盖度

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北京市近40年来降雨侵蚀力时空变异特征

水土保持学报 2024年第4期38卷 132-142页

作者：冯笛珂符素华丁建新颜婷燕徐发军腾润平张大勇北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学水科学研究院北京100875 北京市水生态保护与水土保持中心北京101117

[目的]降雨侵蚀力可以反映降雨对土壤侵蚀的潜在作用,是评价区域土壤侵蚀风险的重要指标。分析北京市1981—2020年降雨侵蚀力时空变异特征,对科学评估和防治区域水土流失风险具有重要意义。[方法]基于1981—2020年北京市及周边地区119... 详细信息

[目的]降雨侵蚀力可以反映降雨对土壤侵蚀的潜在作用,是评价区域土壤侵蚀风险的重要指标。分析北京市1981—2020年降雨侵蚀力时空变异特征,对科学评估和防治区域水土流失风险具有重要意义。[方法]基于1981—2020年北京市及周边地区119个雨量站点逐日降水数据,采用Kriging插值、Mann-Kendall非参数检验、小波分析等方法对北京市年降雨侵蚀力和中雨(10~25 mm)、大雨(25~50 mm)、暴雨(≥50 mm)降雨侵蚀力的空间分布、趋势变化以及周期变化特征进行分析。[结果]北京市1991—2020年年降雨侵蚀力范围为1691.51~3914.89(MJ·mm)/(hm^(2)·h·a),年降雨侵蚀力与大雨和暴雨的降雨侵蚀力的空间分布特征相似,与中雨的降雨侵蚀力的空间分布特征有所差异。空间整体上表现为从东北向周围递减的趋势。近40年来,北京中雨侵蚀力呈显著增加趋势,年降雨侵蚀力、大雨、暴雨以及夏季7,8月的降雨侵蚀力变化趋势均不显著,且均没有发生显著的突变。局部区域如密云、平谷一带的年降雨侵蚀力下降趋势相对较大。年降雨侵蚀力以及中、大、暴雨的降雨侵蚀力变化的主周期约为25年,且存在2~3次“低-高”交替变化。[结论]研究结果可为北京开展水土保持工作、农业和生态保护等工作提供科学依据。

关键词：降雨侵蚀力 Mann-Kendall检验小波分析时空分布

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河南省降雨侵蚀力的时空变化特征分析

中国水土保持科学 2024年第3期22卷 46-55页

作者：李泮营衣强顾治家吴雨珂李梦露杨翠季可可河南省水土保持监测总站郑州450008 信阳师范大学地理科学学院/河南省水土环境污染协同防治重点实验室河南信阳464000

为探究河南省长时间序列降雨侵蚀力的时空格局与变化趋势,基于河南省1981—2020年90个气象站点的逐日降雨资料,利用日降雨侵蚀力计算模型,通过莫兰指数、趋势系数和Mann-Kendall检验,分析半月、季节和年降雨侵蚀力的空间分布与趋势变化... 详细信息

为探究河南省长时间序列降雨侵蚀力的时空格局与变化趋势,基于河南省1981—2020年90个气象站点的逐日降雨资料,利用日降雨侵蚀力计算模型,通过莫兰指数、趋势系数和Mann-Kendall检验,分析半月、季节和年降雨侵蚀力的空间分布与趋势变化。结果表明:河南省多年平均降雨侵蚀力在1696~6106 MJ·mm/(hm^(2)·h)之间,呈现出自东南向西北递减的趋势。春季、夏季和冬季降雨侵蚀力也呈现相似的分布特点,而秋季降雨侵蚀力的南北分异则更为明显。全年和季节降雨侵蚀力均呈现显著的集聚性,降雨侵蚀力高—高聚集区主要集中于河南省南部地区,发生降雨侵蚀的风险较高。降雨侵蚀力年内分布不均,年际间波动较大,但变化并不显著。降雨侵蚀力主要集中于夏季,且绝大多数年份的夏季降雨侵蚀力呈增长趋势。桐柏—大别山山地丘陵区、豫西黄土丘陵区、河南省东部黄泛区都面临着较高的降雨侵蚀风险。研究结果可为河南省水土流失动态监测、水土保持规划以及土壤侵蚀防治提供科学依据。

关键词：降雨侵蚀力时空演变莫兰指数趋势系数 Mann-Kendall检验

基于不同量级日降雨的赣南湘水流域降雨侵蚀力时空变化特征分析

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水土保持通报 2024年第3期44卷 274-283页

作者：余敏琪刘士余盛菲吴祎楠刘长征江西农业大学国土资源与环境学院江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心

[目的]探明赣南湘水流域不同量级降雨侵蚀力时空变化特征，为该流域的土壤侵蚀防治和生态环境治理提供重要的科学依据。[方法]以赣南湘水流域为对象，采用章文波日降雨模型，通过对降雨侵蚀力的比较分析，筛选普通克里金插值（OK）、反... 详细信息

[目的]探明赣南湘水流域不同量级降雨侵蚀力时空变化特征，为该流域的土壤侵蚀防治和生态环境治理提供重要的科学依据。[方法]以赣南湘水流域为对象，采用章文波日降雨模型，通过对降雨侵蚀力的比较分析，筛选普通克里金插值（OK）、反距离加权插值（IDW）和径向基函数插值（RBF）中的最优插值方法，并对湘水流域降雨侵蚀力时空变化特征进行了分析。[结果]结果表明：（1）IDW比OK和RBF更适用于湘水流域。（2）1984—2021年湘水流域不同量级降雨侵蚀力、年降雨侵蚀力的空间分布差异均随量级的增大而增大，且二者总体均呈北部和南部偏高，中部偏低的趋势。（3）1984—2021年湘水流域年降雨、中雨、大雨和暴雨侵蚀力的变异系数（CV）分别为0.26,0.15,0.25,0.47,均属于中等变异，且年际变化趋势均不显著。不同量级降雨侵蚀力的大小、所占年降雨侵蚀力的比例、年际变化速率随量级的增大而增大，且其震荡周期基本一致，均为3～4个震荡周期。[结论]赣南湘水流域北部是发生土壤侵蚀可能性较高的地区，因地制宜加强该地区水土保持措施将有助于湘水流域的土壤侵蚀防治。

关键词：湘水流域中雨、大雨、暴雨侵蚀力降雨侵蚀力江西省

青藏高原降雨侵蚀力R因子分布特征及其驱动因素

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人民长江 2024年

作者：苏立彬王茂林袁春慧柯浩成西藏农牧学院水利土木工程学院兰州理工大学能源与动力工程学院西藏土木水利电力工程研究中心

降雨侵蚀力R因子是测算土壤侵蚀的重要因子，该因子的准确计算对水土流失动态监测具有重要意义。降雨侵蚀力R因子的值是表征降雨和径流引起侵蚀的潜在能力大小的指标，研究降雨侵蚀力R因子的驱动因素对水土保持监测非常重要。本文以青... 详细信息

降雨侵蚀力R因子是测算土壤侵蚀的重要因子，该因子的准确计算对水土流失动态监测具有重要意义。降雨侵蚀力R因子的值是表征降雨和径流引起侵蚀的潜在能力大小的指标，研究降雨侵蚀力R因子的驱动因素对水土保持监测非常重要。本文以青藏高原为研究对象，利用遥感数据和地理信息系统技术，并采用地理探测器模型分析了1991-2020年青藏高原地区降雨侵蚀力R因子的分布特征以及影响因素。研究结果表明：(1)青藏高原地区R值的年际变化在分布上大致呈现西北高东南低的特点，Cv变差系数在0-0.78之间，年际变化较大的区域分布在青藏高原西北部的和田、阿里地区以及巴音郭楞蒙古自治州的部分地区；而仲巴县、改则县等区县所围成的区域年际变化较小。青藏高原地区降雨侵蚀力R因子的值在0-15532MJ·mm/(hm2·h·a)之间，均值为648.84MJ·mm/(hm2·h·a)，R值自东向西递减，呈现明显的条带状分布特征，其中在位于青藏高原的南部地区形成了一个明显的高值中心。(2)影响力探测结果表明，最低气温的解释力最高，q值为0.453，主导降雨侵蚀力R因子的时空分布特征。(3)交互探测结果表明，青藏高原各因子间协同效应均表现为双因子增强或非线性增强关系，较单因子作用有明显提升。气候因子间的交互作用对降雨侵蚀力R因子的影响较为突出。

关键词：降雨侵蚀力时空分布变差系数地理探测器青藏高原

珠江流域降雨侵蚀力时空演变特征及对台风的响应研究

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珠江流域降雨侵蚀力时空演变特征及对台风的响应研究

作者：曹振贵州师范大学

学位级别：硕士

水土流失是当今世界面临的严峻环境问题之一。降雨是驱动水土流失的关键要素,其对土壤的潜在侵蚀能力通常用降雨侵蚀力来表征。降雨侵蚀力主要受降雨强度、极端气候等多种要素的影响,台风作为一种严重影响降雨量与降雨强度的极端天气事... 详细信息

水土流失是当今世界面临的严峻环境问题之一。降雨是驱动水土流失的关键要素,其对土壤的潜在侵蚀能力通常用降雨侵蚀力来表征。降雨侵蚀力主要受降雨强度、极端气候等多种要素的影响,台风作为一种严重影响降雨量与降雨强度的极端天气事件,探究降雨侵蚀力对台风的响应,对于区域水土流失的防治具有重要意义。本研究基于1960-2020年长时间尺度的日降雨数据集,结合高时空分辨率GPM-IMERG卫星降雨数据计算珠江流域降雨侵蚀力,应用Mann-Kendall趋势分析、启发式分割算法、小波周期分析等方法,对珠江流域降雨侵蚀力的时空演变特征进行探讨;然后结合热带气旋最佳路径数据集,分析登陆台风的变化特征;对比不同时期降雨侵蚀力时空演变特征及其计算指标的差异;最后揭示降雨侵蚀力对台风的响应机制。文章的主要结论如下:（1）珠江流域1960-2020年降雨侵蚀力的范围为6937.87MJ·mm·ha-1·h-1～15087.20 MJ·mm·ha-1·h-1,年均降雨侵蚀力为11314.10 MJ·mm·ha-1·h-1。降雨侵蚀力呈现上升的变化趋势,增幅为8.63 MJ·mm·ha-1·h-1/yr,在1992年发生突变,年代际周期为20-30年。珠江流域降雨侵蚀力呈现自东南沿海地区向西部高原递减的空间分布形式,具有显著的高-高集聚分布特征,有降雨侵蚀力的热点集聚于东南沿海地区;在西部地区呈显著的低-低集聚分布特征,同时降雨侵蚀力的冷点集聚于此。（2）1960-2020年共有253场台风对珠江流域产生了影响,研究期间台风次数呈现下降趋势,但是下降趋势不显著性,年均下降幅度为0.02场。台风年均停留时间达到85 h,停留时间也呈现下降趋势。登陆珠江流域的台风平均强度只有2.07级,但是有155场台风的最大强度在4级以上,台风强度也由东南沿海向西北递减,强度最大值在雷州半岛及周边的地区。（3）研究期间有14.28%的降雨侵蚀力发生于台风时期,并且该时期的降雨总动能、最大30分钟雨强、降雨量等指标均大于非台风影响时期,只有平均雨强小于非台风时期。不同时期降雨侵蚀力的时空演变特征具有显著的差异,台风导致降雨侵蚀力的变化趋势由16.58 MJ·mm·ha-1·h-1/yr下降至8.63 MJ·mm·ha-1·h-1/yr,第二突变点由1983年前移至1965年,在年代际时间尺度上存在6.04-8.38年的共振周期变化,并且加强了降雨侵蚀力的空间集聚程度。（4）台风持续时间、台风强度均与降雨侵蚀力呈现正相关关系,台风持续时间对降雨侵蚀力的影响比台风强度的影响更大。雨量雨强等降雨侵蚀力计算指标与台风持续时间、台风最大强度呈现显著的正相关关系,台风主要是通过提升降雨量与最大雨强来对降雨侵蚀力产生影响。研究成果可为流域水土流失的定量评估以及极端气候灾害的防控提供理论依据。

关键词：降雨侵蚀力台风时空演变特征归因分析珠江流域

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黑龙江省夏季降水特征及降雨侵蚀力分析

黑龙江省夏季降水特征及降雨侵蚀力分析

作者：王美波黑龙江大学

学位级别：硕士

降水是一个非常重要的气候指标,由于其受多种因素的共同影响,它的变化规律十分复杂,降水的时空变化不均是导致黑龙江省夏季洪涝灾害的重要原因。黑龙江省夏季的水土流失也非常严重,其主要由降水造成,因此对黑龙江省夏季降水特征和降雨... 详细信息

降水是一个非常重要的气候指标,由于其受多种因素的共同影响,它的变化规律十分复杂,降水的时空变化不均是导致黑龙江省夏季洪涝灾害的重要原因。黑龙江省夏季的水土流失也非常严重,其主要由降水造成,因此对黑龙江省夏季降水特征和降雨侵蚀力的分析就显得十分重要,可以为洪涝灾害和水土流失的防治提供一定的理论基础。黑龙江省是我国黑土地面积和粮食产量的大省,夏季是农作物生长的关键时期,夏季降水和降雨侵蚀力对农作物的生长有着至关重要的作用。本文基于黑龙江省夏季(6-8月)1972-2020年的气象资料,对降水特征和降雨侵蚀力进行分析,本文主要工作和成果如下:(1)运用各种数理统计方法对黑龙江省夏季降水特征进行了分析。为了解影响黑龙江省夏季降水量空间分布的主要因子,选取平均地温、平均风速、平均气温、平均气压、平均日照时数和平均相对湿度6个因子,利用地理探测器对其进行分析,结果表明:黑龙江省夏季降水空间分布受两个因子交互作用下的共同影响,任意两个因子交互作用下的影响都大于单个因子的影响;从单因子来看,平均气温的影响最大,平均风速最小;从双因子交互作用来看,平均湿度和平均气压交互作用下的影响最大。通过对三种预测模型精度对比发现,径向基函数神经网络对黑龙江省夏季降水量的预测精度最高。(2)对选取的5种降雨侵蚀力模型进行适用性分析得到,基于日雨量的谢云模型对黑龙江省夏季降雨侵蚀力计算精度最高。黑龙江省夏季降雨侵蚀力主要有2种空间分布形式,第一种表现为全区降雨侵蚀力严重或者全区降雨侵蚀力不严重,为主要的表现形式;第二种有两条分界线分别为佳木斯中部-双鸭山西部-鸡西西部和伊春中部-绥化南部-大庆南部,其降雨侵蚀力的空间分布形式为分界线以内降雨侵蚀力严重(不严重)和分界线以外降雨侵蚀力不严重(严重)。从时间特征来看,全省降雨侵蚀力共有22年不严重、18年严重、4年分界线以内降雨侵蚀力严重以及5年分界线以内降雨侵蚀力不严重。通过回归分析建立了一种基于夏季降水量的黑龙江省夏季降雨侵蚀力的简易计算模型,此模型在计算夏季降雨侵蚀力上有一定的精度,并且相较于经典模型和日雨量模型等更加简便,因此可用于黑龙江省夏季降雨侵蚀力的计算。

关键词：黑龙江省夏季降水特征降雨侵蚀力

1995-2015年福建省降雨侵蚀力的时空格局分析

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亚热带水土保持 2024年第1期36卷 27-32页

作者：戴锦浩陈志强杨满根福建师范大学地理科学学院、碳中和未来技术学院福建福州350108

为研究福建省的降雨侵蚀力状况,本文基于福建省69个气象站的降水数据,运用R值简易模型、空间分析等方法,揭示福建省的降雨侵蚀力时空格局,结果表明:(1)福建省降雨侵蚀力在空间上分布不均,空间差异较大,R值在105.97~842.79(J·cm·m^(-2)... 详细信息

为研究福建省的降雨侵蚀力状况,本文基于福建省69个气象站的降水数据,运用R值简易模型、空间分析等方法,揭示福建省的降雨侵蚀力时空格局,结果表明:(1)福建省降雨侵蚀力在空间上分布不均,空间差异较大,R值在105.97~842.79(J·cm·m^(-2)·h^(-1))变化,整体由东南向西北递增;(2)年际变化幅度较大,且逐步增加,平均R值由425.87(J·cm·m^(-2)·h-1)提高到555.91(J·cm·m^(-2)·h^(-1))。

关键词：降雨侵蚀力空间分析福建省

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集成GPM卫星与地面观测数据的辽宁省降雨侵蚀力提取

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陕西水利 2024年第10期 11-14页

作者：刘鑫王梓林辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司辽宁沈阳110000

近年来随着人类活动的增强,水土流失量不断增加,对生态环境造成一定影响。为提高水土保持水平,以辽宁地面观测降雨量资料和环境变量数据为基础,建立基于GBDT算法的融合模型预测辽宁省降雨侵蚀力空间分布信息;运用独立验证法评估预测效... 详细信息

近年来随着人类活动的增强,水土流失量不断增加,对生态环境造成一定影响。为提高水土保持水平,以辽宁地面观测降雨量资料和环境变量数据为基础,建立基于GBDT算法的融合模型预测辽宁省降雨侵蚀力空间分布信息;运用独立验证法评估预测效果。结果表明:辽宁省降雨侵蚀力介于3039 MJ·mm/(hm^(2)·h·a)、7041 MJ·mm/(hm^(2)·h·a)之间,呈现自南向北、自西向东地带性减少;GBDT算法对降雨侵蚀力预测精度R^(2)达0.89,预测精度高于经典OK、IDW模型。研究结果可为水土保持提供数据支持和方法。

关键词： GPM卫星数据气象站点降水数据 GBDT算法降雨侵蚀力

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