太行山脉不同量级降雨侵蚀力时空变化特征

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本文运用太行山脉及其周边地区76个气象监测站点1954-2016年的逐日降水数据,通过模型检验以及地统计插值方法,建立了适合于太行山脉地区的降雨侵蚀力简易模型;通过Mann-kendall非参数性检验、气候倾向率、变异系数以及小波分析等方法深入探讨了太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力在不同时间尺度上(年际、季节、月份、十年)的变化特征;通过Arcgis软件以及重心模型重点分析了不同量级降雨侵蚀力在各时间尺度上的空间分布特征,同时模拟出各时期降雨侵蚀力的重心迁移轨迹;通过SPSS18.0软件分析了太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力与侵蚀性降雨量、经纬度、海拔以及ENSO之间的相关性,探讨这4种因素对不同量级降雨侵蚀力的影响;通过分析太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力的时空变化特征以及影响因素,可以为地区土壤侵蚀评估以及水土保持措施的完善提供技术上的支持。本文的主要结论如下;1.通过比较太行山脉地区年降雨日数、年侵蚀性降雨量、年降雨量以及年均降雨侵蚀力最大值出现的区域,可以发现五台山地区降雨日数与降雨量虽较大,但其多为非侵蚀性降雨或小量级侵蚀性降雨,而新乡地区降雨日数与降雨量虽较小,但大量级侵蚀性降雨所占比例相对较大,表明将太行山脉地区降雨侵蚀力细致划分至不同量级是有必要的。同时地区降雨侵蚀力产生以及变化主要受降雨日数少,但雨量级别较大的降雨事件影响。且在地区植被、土壤、地形、坡度以及坡长不变的情况,地区土壤侵蚀的发生主要是由中雨和暴雨造成的。2.通过模型误差检验,太行山脉地区年均降雨侵蚀力简易模型为y=0.182x11.095+5.463x20.982+9.401x31.017+15.258x4-26.753,且多年均降雨侵蚀力呈小幅上升趋势,1996年发生显著突变,存在约20a的主周期与6a的小周期变化;在年内变化上,不同量级降雨侵蚀力变化均呈单峰型,6-9月各量级降雨侵蚀力表现出降雨量级越大,年内集中程度越高的特点;在季节变化上,春、秋两季土壤侵蚀风险主要由中雨以及大雨侵蚀力导致,而夏季土壤侵蚀风险主要由特大降雨侵蚀力导致,冬季发生土壤侵蚀的风险较小,此期间可以开展相关工程设施建设;在十年尺度上,年均降雨侵蚀力在90年代之前呈下降趋势,而在90年代之后呈上升趋势,其主要与90年代强ENSO暖事件频发有关,同时2000-2016年间各量级降雨侵蚀力均呈上升趋势,表明本世纪以来极端天气与大尺度环流变化剧烈,降雨的量级以及强度显著增加。3.太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力年际分布特征存在显著差异,年均中雨侵蚀力与大雨侵蚀力二者最大值均出现在五台山地区,呈下降趋势,变异系数相对较小;年均暴雨侵蚀力与特大降雨侵蚀力二者最大值均出现在安阳地区,呈上升趋势,变异系数也相对较小;而各量级降雨侵蚀力最小值主要分布于太行山脉地区的西北部,呈上升趋势,变异系数相对较大;各量级降雨侵蚀力重心在春夏季节整体向东部以及东北部地区进行迁移,秋冬季节则向南部以及西南地区迁移,表现出降雨量级越大,其降雨侵蚀力的重心越靠近东南部地区的特点,这在一定程度受我国冬夏季风的影响;同时降雨侵蚀力呈上升与下降趋势的地区重心迁移轨迹分别在70年代、80年代前后发生突变。2000-2016年间各量级降雨侵蚀力重心主要向东北方向移动,表明本世纪以来太行山脉东北部地区发生土壤侵蚀的潜在风险相对增大。4.太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力与侵蚀性降雨量之间呈极显著相关性,相关系数为0.84(P<0.01);各量级降雨侵蚀力与经纬度之间均呈不显著负相关性;春秋季节暴雨以及特大降雨侵蚀力与海拔之间存在一定负相关性,相关系数均在0.56以上(P<0.05),而夏季中雨侵蚀力与海拔之间存在显著正相关性,相关系数为0.64(P<0.01),表明春秋季节太行山脉地区海拔较高的地区出现暴雨以及特大降雨侵蚀力的次数相对较少,而出现中雨侵蚀力的次数相对较多,海拔较低的地区则相反;通过讨论太行山脉地区降雨侵蚀力与SST距平值、SOI指数以及MEI指数之间的相关性,发现降雨侵蚀力与SST距平值存在极显著相关性,相关系数为0.019(P<0.01),同时当SST距平值为0.16℃时地区降雨侵蚀力达到最大值。表明太行山脉地区降雨侵蚀力主要受侵蚀性降雨量以及大尺度环流的影响。
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