TRMM数据在暴雨时空特征分析及土壤侵蚀模拟中的应用

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随着全球气候变暖,极端天气灾害频繁发生,暴雨作为一种主要的气象灾害,严重制约着区域经济社会可持续发展。我国是雨洪灾害多发的国家,暴雨降水比较普遍,且极易成灾致灾。TRMM计划(TropicalRainfallMeasuringMission)是由日本国家空间发展署(NASDA)和美国国家航空航天局(NASA)地球科学办公室共同主持的一项国际联合计划。TRMM降雨数据具有空间覆盖范围大、时间分辨率高、精度好等优点,能弥补传统观测数据站点稀少、数据缺失等缺点。基于空间数据深入研究暴雨降水的分布及变化特征,对于分析气候变化背景下的水循环及极端气候事件预测等具有重要意义。本文基于1998~2010年TRMM3B42降水资料,借助GIS空间分析技术和数学方法,提取中国暴雨集中区,进而分析暴雨的时间变化特征和空间格局特征,综合反映和揭示1998~2010年暴雨降水的格局与过程特征。  近年来,胶东半岛地区伴随着农业产业结构调整和城市化进程的不断推进,区域水土流失严重,土壤侵蚀造成的营养元素伴随泥沙等沉积物通过河流系统输送至近岸海域,对海岸带环境和生态造成极大的冲击。本文以胶东半岛为案例区,应用RS、GIS技术,借助TRMM3B42数据,结合N-SPECT(Non-pointSourcePollutionandErosionComparisonTool)模型,对胶东半岛1998~2010年土壤侵蚀进行模拟研究,分析其时空变化特征,估算土壤侵蚀泥沙入海通量,探索土壤侵蚀与土地利用结构的关系。研究所得的主要结论如下:  (1)年暴雨降水总量与年降水总量均呈缓慢下降趋势,但暴雨降水比例时间波动较显著,1998年和2005年是暴雨降水偏多的年份,2004年则最低;13a暴雨总频次最高为149次,暴雨降水平均强度大都介于70~80mm;年暴雨降水总量、年暴雨降水比例、年暴雨降水平均强度时间变化趋势中,超过80%的像元呈增加(或减少)但统计不显著趋势,大部分区域年暴雨频次较为离散。  (2)暴雨降水与降水总量空间格局相似,且集中于台湾、海南、广东、江西、福建5个省份,年暴雨降水总量时间波动性的空间差异显著,但总体上呈现西北低、东南高的特征;暴雨降水空间分布在东西方向的差异性要明显强于南北方向;13a暴雨降水呈现向东北方向偏移的趋势。  (3)胶东半岛土壤侵蚀量总体呈上升趋势但波动显著,2001年是土壤侵蚀最严重年份,1999年侵蚀最小;大沽河、五龙河、大沽夹河三个流域对于整个研究区土壤侵蚀量的贡献最大。  (4)土壤侵蚀高值区集中于半岛东部和南部,低值区集中于半岛中部和中南部;各岸段泥沙通量差异明显,重度通量岸段主要位于城市化突出的青岛城阳区海岸、农业活动密集的青岛南端(胶南)海岸、莱州湾东部以及威海西南部海岸,胶东半岛东部(威海段)和东南部(青岛段)岸段泥沙通量最小,对沿岸水环境压力最小。  (5)土壤侵蚀及泥沙输移与源区土地利用结构密切相关,各通量级别对应源区土地利用结构差异显著,总体而言,耕地主导型区域是土壤侵蚀的关键源区,而林地和草地具有减轻土壤侵蚀和泥沙通量的作用。胶东半岛土壤侵蚀管理控制措施包括:优化土地利用结构;推进水土保持工程措施,采用合理的耕作方式;加强河口、海湾环境综合治理与生态保护;完善相关法律法规,提高公众生态保护意识。  本文对于中国暴雨时空特征的研究可为区域防洪减灾、水资源利用提供参考,对于增强适应全球气候变化的能力,提高防灾减灾能力,促进地方经济社会发展有着重要意义;同时,对于胶东半岛土壤侵蚀及泥沙入海通量的模拟,可为海岸带水环境保护和治理以及流域综合管理提供必要的技术支持和参考依据。
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