基于CLDAS融合降水的中国降雨侵蚀力研究

气象站和卫星降雨资料估算降雨侵蚀力时存在无法反映空间异质性且精度差的问题,基于CLDAS多源融合降水,利用EI₆₀模型从不同的时空尺度对中国的降雨侵蚀力进行评估,并结合降雨量、侵蚀性降雨次数、侵蚀密度等指标,探讨降雨对土壤侵蚀的潜在作用。结果表明：（1） CLDAS降雨侵蚀力与地面实测数据在不同的时间尺度均有良好的回归关系,相关系数达到0.8以上,与CMORPH降雨侵蚀力相比,其相对误差显著降低,可以准确反映全国范围的降雨侵蚀力季节性变异。（2） 在2001—2020年,不同雨量区的降雨侵蚀力、降雨量和侵蚀性降雨次数的变化趋势基本一致,高雨量区的年际变化波动剧烈,侵蚀性降雨次数和暴雨过程协同影响降雨侵蚀力的大小。（3） 空间上,中国的降雨侵蚀力值的特点为东南沿海地区高、西北内陆地区低。时间上,侵蚀性降雨集中在5—8月,夏、秋两季对土壤造成的侵蚀影响更大。（4） 通过对年降雨量、年侵蚀密度和年暴雨量进行分区定量分析,结果表明暴雨量与侵蚀密度成正相关关系,即年降雨量一定,暴雨事件越多,降雨侵蚀密度越大。     

用雨量和雨强计算次降雨侵蚀力

降雨侵蚀力反映由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力 ,是定量预报土壤流失的重要因子。降雨动能与最大 30min雨强的乘积EI30 是最常用的降雨侵蚀力指标 ,但计算复杂 ,且资料难以获得。本文从利用易获取的气象资料计算降雨侵蚀力出发 ,通过对全国 13个代表性小区侵蚀资料和 12个气象站降雨资料的分析 ,确定我国降雨侵蚀力指标为雨量和最大 10min雨强的乘积PI10 ,其精度与常用的侵蚀力指标EI30 相当。为方便对比分析并统一单位 ,进一步建立了指标PI10 与EI30 的转换关系 :(EI30 ) =0 1773(PI10 )。这样可充分利用覆盖全国的气象站整编资料 ,计算全国降雨侵蚀力 ,为水土保持规划服务     

ENSO对韶关市1951~2013年降雨侵蚀力影响研究

选取1951~2013年韶关市分月降雨量数据,采用月降雨侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,分析ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）对韶关市降雨侵蚀力的影响。研究表明：① 韶关市降雨侵蚀力年际变化和年内变化较大,总体呈现波动上升趋势;② 降雨侵蚀力与赤道太平洋SST距平值呈现极显著相关,降雨侵蚀力随SST距平值增加呈现先增加后递减的趋势。ENSO冷暖事件发生时降雨侵蚀力较小,在其它土壤侵蚀因素不变的条件下,此时期的土壤侵蚀相对较轻;③ 降雨侵蚀力与SOI存在显著相关,降雨侵蚀力随着SOI增加而减小;④ 降雨侵蚀力与MEI呈现极显著的正相关关系。     

1961-2015年雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力

降雨是土壤侵蚀的主要动力，也是风水蚀复合区沙漠化的主要驱动力。研究降雨侵蚀力时空变化对雅鲁藏布江流域土壤侵蚀的监测、评估、预报和治理具有重要意义。利用1961-2015年雅鲁藏布江流域8个气象站日降雨量气象资料，采用趋势系数、气候倾向率、MK检验等研究方法对雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力时空变化进行分析。结果表明：雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力平均值为758.1 MJ·mm·hm^-2·h^-1，变差系数Cv值为0.29，趋势系数r值为0.3140。空间分布呈现由东向西逐渐递减的特点，东部可达2 000 MJ·mm·hm^-2·h^-1以上，最西部仅为200 MJ·mm·hm^-2·h^-1。雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力总体呈波动上升趋势，其中嘉黎和波密站年降雨侵蚀力上升趋势明显，日喀则、泽当站年降雨侵蚀力呈下降趋势。通过MK检验及滑动T检验得知，流域内年降雨侵蚀力在1982年发生突变，年侵蚀性降雨突变不显著。雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力与侵蚀性降雨相关性显著，侵蚀性降雨的分布也极大地影响降雨侵蚀力。     

文山州降雨侵蚀力时空分布规律浅析

降雨是导致土壤侵蚀的主要动力因素,降雨侵蚀力反映降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。利用文山州内21个雨量代表站月降雨资料,估算文山州降雨侵蚀力,对该地区降雨侵蚀力的年内分布、年际变化特征和空间分布变化规律进行分析。结果表明：文山州降雨侵蚀力空间分布基本与降雨一致,山区为高值区,坝区为低值区;降雨侵蚀力主要集中在汛期（5～10月）,各月的差异大于降雨量的差异;文山州降雨侵蚀力长期变化为略减小趋势但不显著,年际变化较年降雨量年际变化显著。     

黄土丘陵沟壑区极端降雨事件及其对径流泥沙的影响

半干旱黄土丘陵沟壑区是我国水土流失的重灾区。在全球气候变化的大背景下,极端降雨事件时有发生,加重了区域水土流失防治的难度。因此,科学界定极端降雨事件、进而探讨其发生规律及其对径流侵蚀的影响尤为重要。通过整理定西市安家沟流域(35°35′N,104°39′E)17年的降水和径流侵蚀数据进行统计分析。以降雨量和最大30min雨强为指标,采用世界气象组织的标准划分了极端降雨事件。结果发现:(1)研究区内极端次降雨事件的雨量和雨强的临界值分别为40.11mm和0.55mm/min,次降雨量的多年平均值为18.87mm。17年间共发生12次极端事件,5月、7月、8月份的发生概率分别为16.67%、50%和33.33%。因此最佳防治时间段为7、8月份。(2)聚类分析表明极端降雨事件可分为三类:降雨量和雨强都大于临界值,占25%;降雨量大于临界值,而雨强小于临界值,占41.67%;雨强大于临界值,降雨量大于多年平均值而小于临界值,占33.33%。(3)在极端降雨事件作用下,径流系数和侵蚀模数要比对应的多年平均值高。总体而言,降雨量和雨强都很高的极端事件的破坏性最强,但高历时低雨强的极端事件所产生的破坏也不容低估。(4)沙棘林在生长演替的过程中显著增强了抵御土壤侵蚀的能力,对极端降雨事件有很好的防治作用。抵御极端降雨最弱的是坡耕地,主要是由于受到坡度大、植被覆盖率低以及人为干扰等因素的影响。     

极端降雨事件对不同类型生物土壤结皮覆盖土壤碳释放的影响

于2011年5-8月,选择腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区藻类、藓类和混生结皮覆盖的土壤为对象,研究了极端降雨量(降雨量44.7 mm、强度0.04 mm,min-1)、极端降雨强度(降雨量8.3 mm、强度0.55 mm·min-1)及普通降雨(降雨量16.3 mm、强度0.02 mm·min-1)条件下的碳释放过程.碳释放量的测定采用Li-6400-09土壤呼吸室,降雨结束后立即开始观测,直到呼吸速率恢复到降雨前水平时停止观测.结果表明:极端降雨(降雨量和降雨强度)结束初期藻类和混生结皮覆盖土壤的呼吸速率受到明显抑制,藻类结皮覆盖土壤呼吸速率分别为0.12 μmol·m-2·s-1和0.41 μmol·m-2·s-1,混生结皮覆盖土壤呼吸速率分别为0.10 μmol·m-2·s-1和0.45μmol·m-2·s-1;而极端降雨对藓类结皮覆盖土壤的影响不明显,呼吸速率分别为0.83 μmol·m-2·s-1和1.69μmol·m-2·s-1.这说明处于演替高级阶段的藓类结皮能够很好地应对短期的极端降雨事件.     

广东省主要站点降雨侵蚀力时间分布规律研究

利用广东省6个站点47 a的日雨量资料,计算并分析了各站降雨侵蚀力的时间分布规律。结果表明,根据降雨侵蚀力峰值在年内出现的次数,可以分为单峰型和双峰型。降雨侵蚀力的年内分布非常集中,连续3个月的降雨侵蚀力平均占全年侵蚀力的一半以上,越靠近沿海的站点侵蚀力的集中度越高。降雨量与降雨侵蚀力集中度的分布规律一致,但与降雨量相比,降雨侵蚀力的分布更加集中。各站降雨量与降雨侵蚀力的倾向率均大于零,说明自1954年以来,雨量和降雨侵蚀力均有不同程度的增加趋势,降雨侵蚀力的增幅远远大于降雨量的增幅。但降雨侵蚀力倾向率的年内分布却是正负皆有。     

1960-2009年中国降雨侵蚀力的时空变化趋势

降雨侵蚀力反映了降雨对土壤侵蚀的潜在能力,因此降雨侵蚀力已经成为土壤侵蚀、产沙和水环境建模的主要参数之一。利用中国590个气象站1960-2009年逐日降雨量资料估算了中国每个气象站的降雨侵蚀力,并使用趋势系数、气候倾向率和Kriging空间插值方法分析了中国降雨侵蚀力的时空变化趋势。结果表明:我国年均降雨侵蚀力从东南沿海向西北内陆逐渐递减,与年均降水量空间分布基本一致;近50年来我国大部分地区年降雨侵蚀力呈现不显著的上升趋势,存在四个明显的上升区域和两个明显的下降区域;59个气象站年降雨侵蚀力变化趋势通过了0.05显著水平的置信度检验,年降雨侵蚀力显著增加的气象站主要分布在青藏高原中东部、东缘、天山山脉以及东南沿海区域。青海省的诺木洪-都兰-曲麻莱-伍道梁一带近50年来年降雨侵蚀力增加趋势最为显著,有可能加剧长江、黄河源头土壤侵蚀的风险。     

Estimating rainfall erosivity by incorporating seasonal variations in parameters into the Richardson model

Rainfall erosivity is an important climatic factor for predicting soil loss. Through the application of high-resolution pluviograph data at 5 stations in Huangshan City, Anhui Province, China, we analyzed the performance of a modified Richardson model that incorporated the seasonal variations in parameters α and β. The results showed that (1) moderate to high seasonality was presented in the distribution of erosive rainfall, and the seasonality of rainfall erosivity was even stronger; (2) seasonal variations were demonstrated in both parameters α and β of the Richardson model; and (3) incorporating and coordinating the seasonality of parameters α and β greatly improved the predictions at the monthly scale. This newly modified model is therefore highly recommended when monthly rainfall erosivity is required, such as, in planning soil and water conservation practices and calculating the cover-management factor in the Universal Soil Loss Equation (USLE) and Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE).     

粤北岩溶区连江流域降雨侵蚀力

对连江流域35个气象站1980―2013年逐日雨量数据进行整理,利用日雨量、月雨量和年雨量方法计算得出RA、RB、RC,通过有效系数M检验得出最优R值;然后利用反距离加权、张力样条函数和普通克里金进行空间插值,通过检验确定最准确的插值方法,最后对其进行插值分析。结果表明：基于月降雨量的计算方法和反距离加权插值法更加适合于连江流域降雨侵蚀力的计算和估算;连江流域降雨侵蚀力时空变化明显,降雨侵蚀力变化与年际降水量变化基本一致;中上游高大山脉存在的地区,多年平均降雨侵蚀力明显高于其他地区;下游多年平均降雨量丰富,其多年平均降雨侵蚀也较严重。     

基于多重现期的京津冀小时极端降雨特征分析及致灾因子危险性评估

为了探究京津冀小时极端降雨特征,本文基于地区线性矩法计算多种重现期下的小时极端降雨值,并分析小时极端降雨的特征与变化趋势,同时探究小时极端降雨致灾因子危险性并得到以下结果。① 研究得到适合计算京津冀小时极端降雨频率估计值的分布线型及不同重现期的频率估计值;② 京津冀大于50年一遇的小时极端降雨的强度虽高（>70 mm/h）但其出现的次数（1~2次）相对较少,且多数站点的频次与强度无显著变化趋势;③ 小时极端降雨致灾因子危险性较高的区域位于北京、保定、廊坊交界地带及唐山、衡水、邢台部分地区。本研究在考虑空间差异的基础上探究小时极端降雨并分析其特征和致灾因子危险性,对于京津冀极端降雨灾害的管理与风险规避有一定的意义。     

TRMM数据在中国降雨侵蚀力计算中的应用

长时间序列降雨过程资料的获取一直是降雨侵蚀力计算中的一个难题。尝试利用地面实测站点数据分别对TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星的3B43和3B42数据进行回归建模和订正,并采用订正后的3 h平均降雨强度代替30 min最大降雨强度,同时基于TRMM数据的EI180的降雨侵蚀力算法,计算出了全国南北纬50°范围(TRMM覆盖区)内2013年月、季和年降雨侵蚀力;最后分别计算了省域和区域尺度下的降雨侵蚀力对全国尺度下的结果进行对比验证。结果表明:(1) TRMM降水数据比地面站点观测的降水量略大,但与实测站点数据具有很好的线性回归关系,其季尺度决定系数R²均较高,由此也说明了TRMM数据可以很好地反映全国范围内降雨的季节性变化。(2)利用订正后的TRMM3B42数据计算出研究区内的年均降雨侵蚀力为536.02 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,其降雨侵蚀主要集中在5~8月份。(3) 2013年全国降雨侵蚀变化趋势由东南向西北方向逐渐降低,且沿海省份较内陆省份降雨侵蚀较高。(4)通过对年降雨侵蚀力结果与实测站点降雨量以及订正的TRMM降水数据分析表明,降雨侵蚀力与降水之间存在着紧密的二次非线性关系。(5)通过尺度验证,其中省域尺度验证误差为8.34%,区域尺度误差仅为0.24%,由此说明了TRMM数据在不同尺度下均具有良好的适应性,同时也验证了方法在不同尺度下的有效性。该方法为有效解决土壤侵蚀中降雨强度计算资料缺乏的瓶颈,同时也为降雨侵蚀力的计算提供了一条有效的途径。     

用小时降雨资料估算降雨侵蚀力的方法

降雨侵蚀力是进行土壤流失量预报的基本因子,EI₃₀是迄今得到广泛应用的定量指标,但它的计算需要降雨过程资料,使其推广应用受到很大限制。用自动气象观测提供的高精度等间隔降雨资料,代替降雨过程资料,是估算降雨侵蚀力指标的首选。国际上对此已有研究,发现有很大的地区差异性。为此,本文在水蚀严重的中国东部季风区选择5个代表站点,共456次降雨过程资料,建立了用60 min等间隔雨量资料估算次降雨侵蚀力的计算方法。研究结果表明:直接用60 min等间隔资料计算的降雨侵蚀力指标值,与用降雨过程资料计算的结果相比,降雨动能E差异较小,主要差异体现在最大30 min雨强I₃₀上,由此导致降雨侵蚀力指标EI₃₀的差异也十分明显。利用自动气象观测小时雨量资料计算降雨侵蚀力指标值,通过公式(EI₃₀)_bp=1.730(EI₃₀)₆₀转换,可以较精确地估算全国降雨侵蚀力,与用日、月和年降雨量资料的估算值相比,能够提高土壤侵蚀预报精度。     

1960-2007年红河流域强降水事件频次和强度变化及其影响

利用中国境内红河流域23个气象站点1960-2007年的逐日降水数据,分析流域强降水事件频次和强度的变化特征及其相关影响。结果表明:①强降水频次和强度在空间上表现出由东南向西北逐渐递减的趋势,流域下游的河口-金平-绿春-江城一带为高值区,上游的巍山-南涧-弥渡一带则为低值区。②强降水频次和强度的变化趋势存在空间差异,趋势增加的站点大多分布在李仙江上游、元江中上游和藤条江流域,趋势减少的站点大多分布在李仙江下游、元江下游和盘龙河流域。③从流域整体来看,在α=0.05的显著性水平下,近48年来强降水频次和强度没有明显的上升趋势,频次和强度的趋势变化幅度分别为0.26 days/10a和0.18 mm·day^-1/10a;研究时段内频次和强度在时间变化上没有显著突变点。④基于相关统计数据分析强降水变化的影响,表明近20年间强降水频次和强度的增加,增大了局部地区滑坡泥石流、洪涝灾害的风险,河流泥沙含量也随之增加。     

黄河流域降雨侵蚀力对全球变化的响应

分析土壤侵蚀力对全球变化的响应,有助于国家和区域未来水土保持宏观战略的决策.本文利用Had-CM3模型,在A2和B2情景下系统研究了未来不同时期（2020年、2050年和2080年）黄河流域降雨侵蚀力的潜在变化.结果表明在全球气候变化条件下,黄河流域的降雨侵蚀力有显著的增加;增加的幅度随着GCM情景和研究时期的不同而不同,从南向北逐渐增大;A2情景下,黄河流域的降雨侵蚀力分别增加11.5%（2020年）、24.8%（2050年）和40.6%（2080年）,B2情景下的相应变化分别为20.9%、12.5%和20.8%;加强中、长期土地利用规划、植被建设和水土保持是应对全球变化的基本方略.     

Exploring the causes of an extreme flood event in Central New York,USA

This study examined the causes of an extreme flood event on 28 June 2013 in Central New York, USA by comparing its hydrological, hydrometeorological, and rainfall-runoff transformation characteristics with those of a typical flood event. Flood frequency analyses showed that the maximum rainfall intensity and the peak discharge of the extreme event had recurrence intervals (RIs) of 8 and 86 years, respectively, while RIs for the typical event were 42 and 11 years, respectively. Their severity diagrams and quantification of their rainfall spatial variations illustrated that the extreme event was spatially localized with high intensities, whereas the typical event was spatially uniform and prolonged. Watershed modeling indicated that the rainfall-runoff transformation was dominated by the infiltration excess process for the extreme flood, while controlled by both infiltration and saturation excess processes for the typical event. These analyses revealed that the upgrade-magnitude conversion pattern of the extreme flood event was induced by the spatial pattern of the rainfall and the “lubricant” effect of the watershed, and emphasized the need for better understanding of such type of extreme events.     

基于允许流失量和正负地形源汇理论的喀斯特关键带土壤侵蚀研究

喀斯特地区下垫面的特殊复杂性使得地表发生显著坡面径流需要达到更大的降水累积阈值,碳酸盐岩岩石成土速率的缓慢和空间异质性导致喀斯特地区的土壤存量被严重高估和均一化等,因此,传统经典的土壤侵蚀模型在喀斯特地区难以适用。本文依据喀斯特关键带岩性的差异,确定其有效降水侵蚀阈值,并对降雨侵蚀力进行重新测算;根据碳酸盐岩化学成分的差异,计算其成土速率并作为土壤允许流失量;通过地貌—水文分析法提取喀斯特洼地空间分布信息,对喀斯特关键带土壤侵蚀算法进行多次改进和创新。结果显示：① 传统算法忽视了喀斯特关键带下垫面的特殊性,致使其平均降雨侵蚀力被高估47.35%,且喀斯特区域的平均降雨侵蚀力仅相当于非喀斯特区域的59.91%;② 传统算法可能将一些无土或少土可流区计算为土壤的高侵蚀量区,而连续性碳酸盐岩、碳酸盐岩夹碎屑岩、碳酸盐岩与碎屑岩互层的土壤允许流失量仅分别为0.21 t ha^-1 yr^-1、1.2 t ha^-1 yr^-1、2.89 t ha^-1 yr^-1;③ 传统算法通常将有坡度和耕作的洼地视为土壤侵蚀的高发区,但其实际应是地表侵蚀的沉积区,喀斯特洼地在空间上的连续性与碳酸盐岩的分布区基本重合;④ 传统算法高估土壤侵蚀面积27.79%,土壤侵蚀量47.72%。总之,传统经典模型会大大高估喀斯特地区的土壤侵蚀量,因此,应该建立一种精确适用的模型。另外,由于喀斯特地区的成土速率慢而土层薄、总量少,土壤允许流失量远低于非喀斯特区域侵蚀标准,应制定适用于喀斯特地区的土壤侵蚀分类分级标准和风险评价方法。     

1960~2010年西北干旱区极端降水特征研究

基于中国西北干旱区1960~2010 年70个台站逐日降水资料,采用欧盟组织(STARDEX)定义的降水极值指数,分析结果表明: ① 研究区近51 a来强降水发生频次、湿期平均长度表现出增多和增长趋势,干日数和干期平均长度表现出减少和变短趋势; ② 单次强水的强度在增加,表现为：湿日数减少,而降水的总量却显著增加。③ 湿日数减少主要是0~6 mm强度的降水日数减少,12~24 mm强度的降水日数显著增加,后者对降水总量的增加贡献较大。④ 绝大部分站点强降水（>12 mm）的雨日（量）都以上升趋势为主,表现为下降趋势的站点极少。     

干旱沙区生物土壤结皮覆盖土壤CO2通量对脉冲式降雨的响应

水分是干旱区生态过程中主要限制因子,降水可通过改变土壤的干湿状况直接影响土壤的生态过程,继而引起土壤碳库的变化。生物土壤结皮作为干旱区主要的地表覆盖物,其自身不但可以进行呼吸作用,还能充分利用有限的水分通过光合作用固碳,改变土壤圈与大气圈之间的碳交换通量。通过模拟0、2、5、8、15 mm降雨,利用红外气体分析仪,对腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区主要的生物土壤结皮覆盖土壤净CO₂通量进行了原位测定,探讨生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放和光合固定CO₂(吸收)共同作用下的土壤净CO₂通量对模降雨的响应特征。结果表明:(1)降雨会迅速激发生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放,降雨激发CO₂释放速率和有效时间取决于降雨量,降雨量越高,激发程度越低,激增的生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放(源)效应有效时间随降雨量的增加而延长;降雨激发的土壤碳释放总量随着降雨量的增加显著增加,且藓类结皮覆盖土壤碳释放总量显著高于藻类结皮(P<0.05)。(2)降雨引起生物土壤结皮覆盖土壤CO₂吸收速率在初期呈单峰变化,后逐渐回归到降雨前的水平,随降雨量的增加,CO₂吸收的效应的时间越长,峰值越高;降雨量越高,生物土壤结皮光合碳固定量越多,当降雨量增加到15 mm时,藻类结皮光合碳固定量显著低于8 mm时的碳固定量;降雨量<5 mm时,藓类结皮光合碳固定量显著低于藻类结皮(P<0.05),≥5 mm时,藓类结皮光合碳固定量显著高于藻类结皮(P<0.05)。(3)干旱荒漠地区生物土壤结皮覆盖土壤,在无降雨的干旱期表现为较低水平的净碳排放效应,不同程度降雨的初期阶段都有短暂的增加土壤碳的汇效应,且碳汇效应的时间随降雨量的增加而延长;适度的降雨会降低长期干旱藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放量,而过高或过低的降雨都会不同程度地增加藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放,降低土壤碳的储量。不论降雨量大小,降雨都会增加藓类结皮覆盖土壤更多碳向大气排放,但随着降雨量的增加,源效应逐渐减弱。降雨量≤8 mm时,藓类结皮覆盖土壤净碳排放总量显著高于藻类结皮(P<0.05),当降雨量>8 mm时,藓类结皮覆盖土壤净碳排放量显著低于藻类结皮覆盖土壤(P<0.05)。因此,干旱区在估算生物土壤结皮覆盖土壤与大气碳交换对降雨的响应规律时,应该充分考虑降雨量大小对生物土壤结皮碳固定量和土壤碳释放组分的效应,明确降雨事件大小对不同类型生物土壤结皮覆盖土壤与大气之间碳交换的作用。