研究论文 正式出版 版本 6 Vol 10 (3) : 267-281 2019
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山东省不同地形区降雨侵蚀力时空变化特征
Spatial and temporal variations of rainfall erosivity in different topographic regions of Shandong Province
: 2018 - 07 - 06
: 2018 - 10 - 09
: 2018 - 10 - 21
188 3 0
摘要&关键词
摘要:掌握降水及降雨侵蚀力的时空分布和演变特征对于揭示区域气候变化规律,有效预防和科学评估水土流失等环境问题具有重要意义。本研究基于34个气象站点1961—2015年的降水日值数据,采用降雨侵蚀力计算模型、Mann-Kendall检验、小波分析和Kriging空间插值等研究方法,分析研究了山东省内山地、丘陵和平原等不同地形区的降水和降雨侵蚀力时空变化特征。结果显示:近55年间,全省及各地形区的降水量和降雨侵蚀力均呈波动下降趋势,年内分配均集中在夏季,降雨侵蚀力在时间尺度上存在25年左右的变化周期。空间上,降水和降雨侵蚀力均呈现鲁中南山区>胶东半岛丘陵区>鲁西北平原区;分界线由东北至西南沿福山-莱阳-淄博-定陶等站呈“S”型贯穿山东省,界线东南侧降雨侵蚀力高,西北侧降雨侵蚀力较低。其原因主要是受海拔和地形的影响,东南季风携带湿润气流受胶东半岛丘陵及鲁中南山地的阻挡抬升,致使“S”型分界线东南侧迎风面降水及降雨强度相对较高;西北侧背风面形成焚风效应,降水及降雨侵蚀强度较低。该结果可为山东省水土流失空间特征分析奠定数据基础,同时为区域水土资源利用与调控及生态环境保护与改善提供决策支撑。
关键词:降雨侵蚀力;时空变化;不同地形区;山东省
Abstract & Keywords
Abstract: Background, aim and scope The problem of water and soil loss in China was serious all over the world, and it was increasingly serious in Shandong Province in recent years. Rainfall erosivity is one of the driving force of this ecological issue while precipitation is the primary cause of rainfall erosivity, thus the research of precipitation and rainfall erosivity are necessary, which would contribute to comprehensively understand the knowledge about the regional climatic change and the water resources utilization situation. This paper wrote with the study area of the three topographic regions (Jiaodong Peninsula Hilly Area (JDPHA), Luzhongnan Mountainous Area (LZNMA), and Luxibei Plain Area (LXBPA)) in Shandong province for investigate the spatial and temporal variations of the precipitation and rainfall erosivity as well as their regional difference under the influence of topography, aim to provide insight into the prevention and control of water and soil loss as well as the protection and restoration of ecological environment. Materials and methods Based on the daily precipitation data of 34 meteorological stations in Shandong Province from 1961 to 2015, the spatio-temporal precipitation and rainfall erosivity variations respectively in Shandong Province and the three topographic regions were analyzed by using the mathematical statistics methods of coefficient of variation, Mann-Kendall test, wavelet analysis and Kriging interpolation. Results The results showed that annual precipitation and rainfall erosivity of Shandong Province fluctuated and declined slightly during the period from 1961 to 2015 with the average annual precipitation of 681.3 mm and the average rainfall erosivity of 4236.3 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1. The three topographic regions all showed the same fluctuated and slightly declined trends during the 55 years, among which, JDPHA was more obvious with the climate tendency rate of -11.6 mm/10a and -100.3 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1/10a in precipitation and rainfall erosivity, respectively. The annual precipitation and rainfall erosivity were concentrated mostly in the summer season, the sum of precipitation and rainfall erosivity in June to August occupy for 60% and 70% of the year, respectively. The rainfall erosivity had a main period of 25 years. For the spatial characteristics of precipitation and rainfall erosivity, they all decreased gradually from the southeast to the northwest, while the values of the three regions were in the order of LZNMA>JDPHA>LXBPA. The study area should be divided into two parts by the “S” type boundary line through Fushan, Laiyang, Zibo, and Dingtao weather stations. High precipitation and rainfall erosivity were at the southeast side of the line, while relative low precipitation and rainfall erosivity were at the northwest side of the line. Discussion Influencing factors of the distribution and variations of rainfall erosivity were discussed. Altitude and topography also played an important role in influencing precipitation and rainfall erosivity. High precipitation and rainfall erosivity emerged on the southeast side of hilly areas (JDPHA and LZNMA) due to high moisture, climbing airflow on the windward slope of mountains, derived from the Southeast Asian Monsoon, while relative low precipitation and rainfall erosivity emerged on the northwest side of hilly areas (LXBPA) due to the foehn effect. Statistics showed that the precipitation and rainfall erosivity would increase with the rising of elevation, of which, the stations which altitude higher than 50 m the correlation coefficients of precipitation, rainfall erosivity and elevation all showed the significant level at 0.01, while the stations which lower than 50 m were not so obvious but also showed the positive correlation. Conclusions The annual and monthly variations of the precipitation and rainfall erosivity of the three topographic regions all showed the same trends with Shandong province during the period from 1961 to 2015, but there are minor differences among each topographic region in the coefficient of variation, climate tendency rate and the periodical variations of rainfall erosivity. Shandong province have been divided into two parts by the “S” type boundary line that influenced by the altitude and topography, the southeast side had high precipitation and rainfall erosivity whereas the northwest side was quite the opposite. Besides, the higher the altitude the more obvious positive correlation of the precipitation, rainfall erosivity and elevation. Recommendations and perspectives It’s necessary to plan and deploy the water and soil conservation with the stress on prevent and control water and soil loss in summer in Shandong province, especially in JDPHA and LZNMA. The southeast monsoon is the key factor that influence the precipitation and rainfall erosivity, the altitude and topography work too, but in addition, other natural and human factors like temperature, vegetation coverage, soil property, agriculture development, urban expansion also play important roles in the spatial and temporal variations of precipitation and rainfall erosivity, that will be the further research to promote the rational use of regional water resources and accelerate the conservation and restoration of the eco-environment.
Keywords: rainfall erosivity; spatial and temporal variation; topographic region; Shandong Province
降水的时空变化对地表植被分布、土壤水分、径流和蒸发等的变化具有不容忽视的影响(Qian et al,2006;Zhuo et al,2014),同时也会通过降水强度、历时以及雨滴动能等要素的差异对不同性质的下垫面产生不同程度的侵蚀力(王辉等,2014;付玉等,2017)。降雨侵蚀力作为表征和量化降水对土壤侵蚀作用机制和作用强度的指标,受控于降雨量、降雨强度、降雨历时、雨滴动能等多个参数(章文波等,2002a),是各种土壤侵蚀模型中的重要因子。准确计算降雨侵蚀力是定量分析预报区域水土流失的基础环节(殷水清和谢云,2005)。因此,掌握降水及降雨侵蚀力的时空分布和演变特征对于揭示气候变化规律,科学治理并有效预防和评估水土流失等一系列环境问题都具有先决性意义,国内外已有诸多专家学者利用不同研究方法对降水与降雨侵蚀力的时空分布、影响因素及其对土壤侵蚀的影响进行了较为全面系统的研究(刘春利等,2010;刘斌涛等,2013;Mello et al,2015;Vallebona et al,2015;Nanko et al,2016;Panagos et al,2016;Diodato et al,2017)。山东省位于我国东部沿海温带季风气候区,受季风活动影响强烈,雨热同期(程方,2010)。加之省内山地、丘陵广布,人类活动强烈,降低了植被覆盖率,导致水土流失严重(Norris et al,2008;Silva-Sánchez et al,2014)。全省水土流失面积约2.7万平方公里,占全省总面积的17.3%,其中中度侵蚀强度以上的区域占总水土流失面积的70%(杨永峰,2006)。侵蚀面积之广和强度之大已经严重威胁到山东省的生态环境安全并制约了该地社会经济发展。诸多专家学者曾对山东省的降水、降雨侵蚀力和土壤侵蚀开展过研究,但已有研究多为时间或空间单一尺度,未统筹时空尺度及其可能的影响因素进行综合分析(马良等,2010a,2010b);且多数研究在时间上均以年或季节为时间尺度,空间上以流域或行政区为研究区(姜德娟等,2011;潘仕梅等,2011;张爱军等,2012;董旭光等,2014;李胜利等,2016),而基于不同地形区和月尺度上开展降水和降雨侵蚀力的时空变化特征尚未见报道。
因此,本文基于山东省内34个气象站点的降水日值数据开展不同地形区降雨侵蚀力的年际、年内、周期及空间差异特征研究,并就海陆位置(东南季风作用强度)、地形地貌(高程效应)等因素对其可能产生的影响进行探讨,旨在为山东省水土流失定量计算和预防控制奠定理论基础,同时为区域水土资源利用与调控及生态环境保护与改善提供决策支撑。
1   研究区概况
山东省位于我国太行山以东沿海地区,濒临黄、渤海(34°22'—38°15′N(岛屿达38°23′N),114°19′—122°43′E),总面积约15.8万平方公里,与冀、豫、皖、苏四省接壤,又隔黄、渤海与辽东半岛、朝鲜半岛和日本南部岛屿相望(图1)。地属温带季风气候,雨热同期,年均降水量550—950 mm,年均温约12.5°C,夏秋季受东南季风影响及地形的抬升作用降水集中,易发生洪涝灾害(潘仕梅等,2011;钞振华等,2012)。地形以山地丘陵和平原为主,西部、北部地势低平,黄河三角洲为陆地最低处;中部、南部地区山地众多,泰山为全省至高点,胶东地区则主要以低山丘陵为主,故将之划分为鲁西北平原区(LXBPA)、鲁中南山区(LZNMA)和胶东半岛丘陵区(JDPHA)(图1),分别占全省面积的34.5%、48.2%、17.3%。


图1   山东省位置及气象站点分布图
Fig.1 Locations of Shandong province and weather stations
2   数据源及研究方法
2.1   数据源
本文气象数据资料来源于中国气象数据网(http://data.cma.cn/),共涵盖34个气象站点,数据起止时间为1961年1月1日至2015年12月31日。各气象站点的位置、分区等信息如图1所示。DEM数字高程数据下载于地理空间数据云网站(http://www.gscloud.cn/),空间分辨率为30 m。
2.2   研究方法
降雨侵蚀力的计算方法采用章文波等(2002b)提出的降雨侵蚀力(R值)计算模型,该模型以降水量和侵蚀性降雨量(侵蚀性降雨指日降雨量≥12 mm的降雨)为基础数据,计算过程如下:
(1)
(2)
(3)
式中:Ri 表示第i个月时段的降雨侵蚀力值(MJ·mm·hm-2·h-1·a-1),n = 1,2,3,…,30,指某个月时段内的侵蚀性降雨天数,Pn 为月时段内第n天的侵蚀性降雨量,若日降雨总量不足12 mm,则以0 mm计算。αβ为模型参数。Py12 为日降雨量 ≥ 12 mm的年平均雨量(即一年中侵蚀性降雨的日雨量多年累加值的平均),Pd12 为日降雨量 ≥ 12 mm的日平均雨量(即一年中侵蚀性降雨的日雨量总和与对应日数的比值)。公式(1)—(3)日雨量计算模型可直接估算逐年各月时段的降雨侵蚀力值,进一步统计分析可获得各站点每年的降雨侵蚀力或多年平均降雨侵蚀力,在相关研究中已得到了较好的验证(刘春利等,2010;穆兴民等,2010)。
针对降水量及降雨侵蚀力的时空变化特征,本研究利用Mann-Kendall时间序列突变点分析(M-K检验)来检验不同地形区降水量及降雨侵蚀力在时间序列上的变化趋势和突变状况(姜德娟等,2011;Mann,2010),基于小波分析来反映降雨侵蚀力在不同时间尺度上的周期振荡特征(Goswami and Chan,1999;Torrence and Compo,1998);采用Kriging空间插值方法研究降雨侵蚀力的空间分布特征(Ellas,2016),辨析不同地形区降水的时空分异规律。
3   结果分析
3.1不同地形区降水时空变化特征
1961—2015年,山东省(SD)年降水量变化在1126.8 mm(1964年)—445.6 mm(1981年)之间(图2),多年平均降水量为681.3 mm,总体呈波动下降趋势,下降幅度为-8.8 mm/10a(趋势线斜率),未达到显著水平(|r| = 0.10 < 0.27 = α0.05(55)),绝对变化幅度为681.2 mm,相对变化幅度为2.52,变差系数为0.20,表明山东省降水量的年际变化较为平稳。各地形区降水量差异较大,多年平均降水量表现为鲁中南山区(LZNMA)>胶东半岛丘陵区(JDPHA)>鲁西北平原区(LXBPA),其值分别为748.9 mm、671.7 mm、572.1 mm;各地形区降水量均呈下降趋势但均不显著,变差系数变化在0.22—0.23,表明各地形区降水量空间上存在较大差异,但年际变化幅度均较小(图2)。


图2   山东省及各地形区降水量年际变化
Fig.2 Annual changes of precipitation of Shandong Province and different topographic regions
(SD:山东省,JDPHA:胶东半岛丘陵区,LZNMA:鲁中南山区,LXBPA:鲁西北平原区)Fig.1 Locations of Shandong province and weather stations
Mann-Kendall时间序列突变点分析结果显示(图3),全省及各地形区年降水量UF值多低于0值,UF与UB曲线在1961—1965年和2005年前后有相交点,但各交点绝对值均小于1.96,表明全省及各地形区年降水量的年际变化均呈下降趋势,但突变特征不显著。总体上,UF值表现为|胶东半岛丘陵区|>|山东省|>|鲁中南山区|>|鲁西北平原区|(|UF-JDPHA|>|UF-SD|>|UF-LZNMA|>|UF-LXBPA|),且除鲁西北平原区外,其他区域和全省部分年份通过了0.05和0.01显著水平检验,表明年降水量的下降显著程度为胶东半岛丘陵区>山东省>鲁中南山区>鲁西北平原区。


图3   山东省及各地形区年降水量M-K检验
Fig.3 Mann-Kendall tests of precipitation of Shandong Province and different topographic regions
山东省及各地形区的年内降水表现为1—7月递增,7—12月递减(图4),最高值为7月份,最低值为1月份,主要集中在夏季,6—8月份降水可占全年降水总量的60 %以上。


图4   山东省各地形区降水量年内分配
Fig.4 Monthly changes of precipitation of Shandong Province and different topographic regions
山东省降水量的空间分布由东南部山区(丘陵区)向西北平原区逐渐降低,由818.2 mm降低到567.4 mm,变化幅度约为251 mm(图5)。650 mm等降水量线由东北至西南沿福山—莱阳—淄博—定陶等站呈“S”型贯穿全省,该线东南侧站点位于夏季盛行风—东亚季风的上风向(Zhou et al,2018),水汽来源较西北侧更为充足,降水丰富,临沂、郯城等气象站的多年平均降水量在800 mm以上;“S”型线西北侧站点降水则较为贫乏,年降水量不足550 mm。同时,受地形抬升作用影响,山东省降水最丰富的地区位于海拔最高的泰山站,年均降水量达1025.2 mm,且该站点西北部等降水量线密集,同等空间范围内降水量减少幅度较其他地区更大,这可能因东南季风携带湿润气流受鲁中山地阻挡,东南迎风面降水多,西北背风面焚风效应降水少(郭欣等,2017;王凌梓等,2018),西北侧朝阳站年降水量不足530 mm,仅占泰山站年降水量的51%左右。


图5   山东省多年平均降水量等值线图
Fig.5 Spatial distribution of annual precipitation of Shandong province
3.2   降雨侵蚀力时空变化特征
1961—2015年,山东省及各地形区降雨侵蚀力总体呈波动下降趋势(图6),全省年降雨侵蚀力变化在2096.2 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1(2002年)到7462.0 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1(1964年)之间,平均值为4236.3 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1,绝对变化幅度为5365.9 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1,相对变化幅度为3.5(高于年降水量的相对变化幅度)。从各地形区来看,年降雨侵蚀力表现为鲁中南山区>胶东半岛丘陵区>鲁西北平原区,分别为4729.7 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1、4253.1 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1、3292.1 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1,与各地形区的年降水量大小排序一致;变差系数分别为0.35、0.31、0.30,表明各地形区的降雨侵蚀力波动幅度表现为鲁西北平原区>胶东半岛丘陵区>鲁中南山区。


图6   山东省及各地形区降雨侵蚀力年际变化
Fig.6 Annual changes of rainfall erosivity of Shandong Province and different topographic regions
降雨侵蚀力Mann-Kendall时间序列突变点分析结果显示(图7),多数年份UF值低于0值,表明全省及各地形区降雨侵蚀力呈下降趋势,但存在较明显的年代差异,整体呈现由60年代向80年代显著递减,80年代后有递增趋势,但未改变总体递减的趋势。各地形区UF与UB曲线在1965年及2005年前后存在相交点,但各交点的绝对值小于1.96,表明各地形区降雨侵蚀力的年际变化较为平稳,存在不显著的突变现象。


图7   山东省及各地形区年降雨侵蚀力M-K检验
Fig.7 Mann-Kendall test of rainfall erosivity of Shandong Province and different topographic regions
山东省及各地形区年内降雨侵蚀力均高度集中于夏季(图8),全省、胶东半岛丘陵区、鲁中南山区和鲁西北平原区的夏季降雨侵蚀力分别占全年降雨侵蚀力的72.7 %、70.6 %、72.8 %和76.4 %,表现为鲁西北平原区降雨侵蚀力在全年中的集中程度最高。与降水量(夏季占59.8 %以上)的年内分配对比可知(图4),降雨侵蚀力的季节集中程度更高(夏季占70.6 %以上),且主要集中在7—8月份(图8)。


图8   山东省及各地形区降雨侵蚀力年内分配特征
Fig.8 Monthly changes of rainfall erosivity of Shandong Province and different topographic regions
山东省多年平均降雨侵蚀力的空间分布特征与降水量的空间分布特征一致(图5、图9),表现为鲁中南山区东南部和胶东半岛丘陵区东部区域降雨侵蚀力较高,鲁西北平原区、鲁中南山区北部及胶东半岛丘陵区西北较低。3900 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1降雨侵蚀力等值线约与650 mm等降水量线相对应,将胶东半岛丘陵区以福山—莱阳连线分割为东西两部分,东部沿海区域降雨侵蚀力可达5000 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1以上,西部莱州湾沿岸降雨侵蚀力值在3000 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1左右;鲁中南山区降雨侵蚀力值自南向北由5100 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1降至3600 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1;鲁西北平原区降雨侵蚀力值多低于3600 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1


图9   山东省降雨侵蚀力空间分布图
Fig.9 Spatial distribution of annual rainfall erosivity in Shandong province
3.3   降雨侵蚀力的周期特征
以降雨侵蚀力时间序列距平结果为基础进行连续Morlet小波变换,分析得到年降雨侵蚀力变化的多时间尺度结构特征(图10),进一步通过小波方差检验降雨侵蚀力变化的主周期(图11)。结果显示,全省平均降雨侵蚀力频域波动能量主要集中在10年和25年左右的尺度上(图10a),小波方差同样显示全省降雨侵蚀力序列存在24—25年的主周期和10年的次周期(图11a);胶东半岛丘陵区降雨侵蚀力频域波动能量主要集中在10年、18年和25年左右的尺度上(图10b),小波方差验证该区降雨侵蚀力序列存在24—25年的主周期和10年和18年两个次周期(图11b);鲁中南山区降雨侵蚀力频域波动能量主要集中在7-8年和23-25年左右的尺度上(图10c),通过小波方差验证其存在24年的主周期和8年的次周期(图11c);鲁西北平原区降雨侵蚀力频域波动能量主要集中在5年、10年、17年和28—30年的尺度上(图10d),小波方差结果显示在5年、10年、17年、30年存在峰值,但受限于32年的时间序列长度,28—30年处的波峰不明显,表明鲁西北平原区降雨侵蚀力周期显著性较低(图11d)。综合全省及各地形区相关结果显示,全省、胶东半岛丘陵区和鲁中南山区的降雨侵蚀力存在25年左右的主周期,鲁西北平原区降雨侵蚀力周期性不明显。


图10   山东省及各地形区降雨侵蚀力Morlet小波变换实部时频分布(a. 山东省; b. 胶东半岛丘陵区; c. 鲁中南山区; d.鲁西北平原区)
Fig.10 The real distribution of Morlet wavelet coefficient of rainfall erosivityof Shandong Province and different topographic regions (a, SD; b, JDPHA; c, LZNMA; d, LXBPA)


图11   山东省及各地形区降雨侵蚀力小波方差
Fig.11 Wavelet variance of rainfall erosivity of Shandong Province and different topographic regions
4   讨论
东南季风是影响山东省降水和降雨侵蚀力分布状况的主要因素。夏季,随着副热带高压带北移,欧亚大陆与太平洋气压差异增大,太平洋海域近地面气压升高,而亚洲大陆近地面气压低,风由海洋吹向陆地,对我国东部地区气候环境产生不同程度的影响。华北地区降水量随季风进退程度而增减,形成雨热同期的气候特征,降水集中在夏季(林贤超和徐淑英,1989)。除地理位置(海陆位置)影响外,降水时空分布还受海拔和地形的影响(Haiden and Pistotnik,2009;郭欣等,2013)。山东省降水和降雨侵蚀力的空间分布均表现为由东北至西南沿福山—莱阳—淄博—定陶等站(即650 mm等降水量线和3900 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1等降雨侵蚀力线)形成“S”型分界线,分界线东南侧降水及降雨侵蚀力较高,西北侧降水量及降雨侵蚀力较低(图1,图12)。该现象主要是受地形抬升和屏障作用影响,东南季风携带湿润气流受胶东半岛丘陵及鲁中山地阻挡,东南侧迎风面降水多且降雨强度高,西北背风面焚风效应致使降水少且降雨强度低,致使东北-西南向延伸的降水量等值线和降雨侵蚀力等值线均在鲁中南山区形成“凸”向西北方向的“S”型曲线。


图12   山东省高程、降水与降雨侵蚀力空间分布图
Fig.12 Spatial distribution of elevation, precipitation and rainfall erosivity in Shandong province
相关分析进而证实了这一假设(表1),以海拔高度50m为分界线(山东省海拔高度50m及以上地区占全省总面积的45%,气象站点涵盖率为15/34;50m以下地区占55%;海拔高度50m及以上地区占全省总面积的45%,气象站点涵盖率为19/34),海拔高度50m及以上地区的降水量、降雨侵蚀力均与高程呈正相关,降水量的高程效应表现为0.22 mm/m,降雨侵蚀力的高程效应表现为2.23 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1/m,且相关性均极为显著(|r|>0.78>0.61=α0.01(15)),即随高程的上升降水量和降雨侵蚀力增加明显;而海拔高度50m以下的地区高程对降水和降雨侵蚀力的作用力弱,影响较小,相关性检验未达到显著水平(|r|≤0.21<0.43=α0.05(19))。此外,由于气象站点空间分布不均且不同地形区地势隆升幅度存在较大差异,高程对降水和降雨侵蚀力的具体影响程度存在一定的地域差异(叶芝菡等,2003);再者,由于山东省海拔高度50m以下地区占全省面积比重较大,而高程效应在海拔较低且地势起伏相对平缓的地区适用性较差,因此鲁西北平原区等海拔较低的平原低地区域的高程效应对降水和降雨侵蚀力的作用不典型。
表1   降水量、降雨侵蚀力与高程的关系
降雨侵蚀力与降水量
rainfall erosivity and precipitation
降水与高程
precipitation and elevation
降雨侵蚀力与高程
rainfall erosivity and elevation
线性方程
Linear equation
相关系数
correlation coefficient
线性方程
Linear equation
相关系数
correlation coefficient
线性方程
Linear equation
相关系数
correlation coefficient
50m以下
Elevation < 50m
y = 9.2633x - 2115.40.937**y = 1.2404x + 598.180.211y = 9.0664x + 3495.70.156
50m以上
Elevation ≥ 50m
y =9.9618x -2626.30.974**y = 0.2175x + 685.580.783**y = 2.2327x + 4189.90.786**
全省
SD
y = 9.534x - 22990.963**y = 0.2577x + 6490.617**y = 2.574x + 3876.20.623**
注:**表示相关性在 0.01 显著水平上(双尾检验)。
Annotation: Correlation at the 0.05 significant level.
本研究获取的山东省多年平均降雨侵蚀力为4236.3 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1,与刘斌涛等(2013)和马良等(2010a,2010b)所得山东省降雨侵蚀力均值非常接近;在多年的变化趋势和空间分布特征上,与刘斌涛等研究结果相一致,但与马良等研究结果存在一定的差异性,这主要是由于不同研究所采用的降水数据序列长度(刘斌涛等研究时段为1960—2009年,马良等研究时段为1951—2008年,本研究时段为1961—2015年)及选取气象站点的空间覆盖度(马良等选用22个气象站点,本研究选用34个气象站点)存在差异所造成的。通过分析发现:山东省降水及降雨侵蚀力时空变化受海陆位置、地形地貌、气候因素等影响差异较为显著。空间上,山东省降雨侵蚀力空间分布以“S”形分界线呈现山区>丘陵区>平原区的变化趋势,且呈现由东南向西北递减的变化特征,这与全国范围(刘斌涛等,2013)、松花江流域(钟科元和郑粉莉,2017)、黄土高原地区(殷水清和谢云,2005;穆兴民等,2010)及四川省(王超,2017)的降雨侵蚀力空间分布特征类似,同时与北京市(叶芝菡等,2003)和西南山区(刘斌涛等,2012)等区域降雨侵蚀力一样存在高程效应,其主要原因为山脉对东南湿润气流的阻挡作用会增加迎风坡降水及降雨侵蚀力强度,同时海拔高度的上升也会对降雨侵蚀力增加起到放大效应(叶芝菡等,2003;穆兴民等,2010;刘斌涛等,2012;王超,2017;钟科元和郑粉莉,2017)。
5   结论
(1)1961—2015年,山东省降水和降雨侵蚀力均呈波动下降趋势,年内分配均集中于夏季。各地形区年际和年内变化特征与全省类似,多年平均降水和降雨侵蚀力表现为鲁中南山区>胶东半岛丘陵区>鲁西北平原区,年内降水和降雨侵蚀力集中程度表现为鲁西北平原区>鲁中南山区>胶东半岛丘陵区。空间上,降水和降雨侵蚀力分别以650 mm等降水量线和3900 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1等降雨侵蚀力线呈“S”形贯穿全省,“S”线东南侧降水丰富,降雨侵蚀力高,西北侧反之。
(2)各地形区降雨侵蚀力周期特征略有差异,全省、胶东半岛丘陵区和鲁中南山区的降雨侵蚀力存在25年左右的主周期和10年左右的次周期,鲁西北平原区降雨侵蚀力周期性不明显。
(3)海拔和地形对降水和降雨侵蚀力的影响主要表现为地形抬升对湿润气流的阻挡作用,“S”线东南侧地区受山地丘陵对水汽的拦截作用影响,降水多且降雨强度高,西北侧则因焚风效应致使降水少且降雨强度低,因此胶东半岛丘陵区及鲁中南山地区应重点加强水土保持工作,尤其是夏秋季。
致谢
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稿件与作者信息
肖蓓
XIAO Bei
崔步礼
CUI Buli
崔步礼,cuibuli@163.com
姜宝福
JIANG Baofu
李东昇
LI Dongsheng
王莹
WANG Ying
赵涛
ZHAO Tao
基金项目:山东省重点研发计划项目(2018GSF117021);山东省高等学校科技计划项目(J17KA192);中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室开放基金项目(2016KFJJ03);国家自然科学基金项目(41530854)
Shandong Provincial Key R & D Program (2018GSF117021); Science and Technology Projects of Shandong Universities (J17KA192); Open Foundation of Key Laboratory of Coastal Environmental Processes and Ecological Remediation, Chinese Academy of Sciences (2016KFJJ03); National Natural Science Foundation of China (41530854)
出版历史
出版时间: 2018年10月21日 (版本6
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地球环境学报
Journal of Earth Environment