1980-2009年閩東南地區降雨侵蝕力的時空分布特征

崔曉燕, 查 軒, 黃少燕

(福建省亞熱帶資源與環境重點實驗室, 福建師范大學 地理科學研究所, 福建 福州 350007)

1980-2009年閩東南地區降雨侵蝕力的時空分布特征

崔曉燕, 查 軒, 黃少燕

(福建省亞熱帶資源與環境重點實驗室, 福建師范大學 地理科學研究所, 福建 福州 350007)

摘要：[目的] 揭示閩東南地區降雨侵蝕力的時空變異特征，為區域水土流失防治及水土保持規劃提供依據。[方法] 基于閩東南地區1980—2009年26個雨量站的逐日降雨數據，運用福建省降雨侵蝕力簡易算法。[結果] 閩東南地區降雨侵蝕力年內分布集中于5—8月，呈現雙峰式分布；降雨侵蝕力年際間變化幅度較大。1982年年降雨侵蝕力(R值)低至253.82 (MJ·mm)/(hm2·h)，2006年R值高達725.39 (MJ·mm)/(hm2·h)，極值比為2.86；30 a內的閩東南地區的降雨侵蝕力并未出現明顯的突變現象。[結論] 研究區內降雨侵蝕力R值空間分布不均勻，總體上呈現沿海向內陸增加，西南高東北低的趨勢。

關鍵詞：閩東南地區; 降雨侵蝕力; Mann—Kendall突變檢驗; 變異系數

福建省是中國南方紅壤區土壤侵蝕較為嚴重的地區之一，2011年底土壤侵蝕總面積為1.21×104km2[14]。閩東南地區是福建省的經濟發展中心，但也是福建省水土流失最為嚴重的區域。其中降雨，尤其是臺風帶來的暴雨等是其發生的主要外動力因素之一。關于該區域降雨侵蝕力的研究多集中于1990年之前。應用近年來的觀測數據進行研究較為鮮見。因此,本文以1980—2009年的逐日降雨量為數據源，從多方面揭示閩東南地區近30a來降雨侵蝕力的時空變異特征，旨在為該區域水土流失防治及水土保持規劃提供依據。

1研究區概況

研究區位于福建省東南部，介于東經117°12′—120°31′，北緯23°34′—26°35′，包括福州、廈門、漳州、泉州、莆田5市，總面積約4.20×104km2(圖1)。地勢由西北向東南傾斜。西部多為山地，自山地往東多為平原丘陵區。該區地處南亞熱帶季風氣候區，年均降水量達1 200～2 500mm。每年5—9月降水較多，其中8，9月以臺風帶來的暴雨為主，是福建省降雨量最豐富地區之一。土壤以花崗巖性紅壤、赤紅壤為主，土層薄，細碎巖石顆粒較多，土壤極易遭受沖刷，水土流失嚴重。

圖1　研究區地理位置及雨量站分布

2數據來源及研究方法

2.1　數據來源

本研究采用閩東南5個市轄區內的26個氣象站點的逐日降雨數據。數據來源于福建省氣象局，時間為1980—2009年。數據包括各個站點的經緯度、海拔高度、逐日降水量等。

2.2　研究方法

黃炎和[13]運用回歸分析方法求得福建省南部以月降雨量為基礎的降雨侵蝕力的簡易算法，并得到較好的驗證。因此本文采用此計算方式計算研究區的降雨侵蝕力。

(1)

式中：R——降雨侵蝕力〔(MJ·mm)/(hm2·h)〕；Pi——各月降雨總量(mm)。

(2)

式中：R年——年降雨侵蝕力〔(MJ·mm)/(hm2·h)〕；Pi——各月降雨總量(mm)。利用日降雨量求得月降雨總量，運用公式(1)求得月降雨侵蝕力，進而疊加得到年降雨侵蝕力。

本文在此基礎上，將采用統計分析、Mann—Kendall突變檢驗和ArcGIS 9.3軟件的空間分析模塊的插值功能對閩東南地區多年降雨侵蝕力的時空變異特征進行分析研究。

3結果與分析

3.1　降雨侵蝕力的時間變化

3.1.1年內變化月降雨侵蝕力與降雨量密切相關。由表1可以看出，研究區域內1980—2009年月均降雨量和降雨侵蝕力的月變化均呈現雙峰式分布。1—6月降雨侵蝕力逐月增大，到6月達到第一個峰值，7月下降，8月降雨侵蝕力回升到第二個峰值，9月又有所降低，10月以后急劇減少，直至年底，降水侵蝕力達到年內最小值。降雨侵蝕力較大的值分布在5—8月，其值變化區間為51.16～76.22 (MJ·mm)/(hm2·h)，占全年侵蝕力的66.16%。降水量同樣主要集中于5—8月。研究區內月降水量的平均值為125.4 mm，而5—8月的平均值高達206.56 mm。

以上現象主要與閩東南地區的地理位置及降雨特征有關。閩東南地區位于南亞熱帶季風氣候，降水量主要集中于春夏兩季。春夏之際，由于受東南季風帶來的大量暖濕氣流影響，降雨豐沛。7月受副熱帶高氣壓帶控制，干旱少雨。8月隨著的臺風到來，降水量又大幅度回升。其他月雨量較少，降雨侵蝕力也相應較低。

表1　研究區1980-2009年月均降雨量和降雨侵蝕力的年內分布

研究區內降雨侵蝕力季節分配不均。多年平均降雨侵蝕力主要集中于春、夏兩季，占全年的比例分別為28.7%和52.63%，合計81.33%。由于R值越大對土壤沖刷的作用越大[15]，因此水土保持措施的修建應該避開5—8月的汛期。開展水土保持監測工作，6和8月是關鍵。

3.1.2年際變化針對閩東南地區26個雨量站連續30 a的降雨資料，本文從降雨侵蝕力的年際動態、5 a滑動距平趨勢以及變異系數3個方面進行分析。

1980—2009年閩東南地區的年均降雨量及降雨侵蝕力年際變化情況表明(圖2)，年降雨侵蝕力與年降雨量的年際變化趨勢基本一致，都呈現出略上升趨勢。從波動幅度上看，研究區30 a年均降雨侵蝕力變化區間為253.82～725.39 (MJ·mm)/( hm2·h)，平均值為378.63 (MJ·mm)/(hm2·h)，其中2006年R值最大，1982年最小，極值比為2.86；而30 a年均降水量變化區間為1 422.43～2 463.27 mm，極值比為1.73，則年際降雨侵蝕力的變化幅度大于降水量的變化。線性趨勢也可展現出R值的上升幅度更大，土壤侵蝕發生的潛在概率加大。

圖2　研究區多年年均降雨量及降雨侵蝕力年際變化

降雨侵蝕力距平數是指每年的R值與30 a平均R值的差值，距平數能明顯地表現出年均降雨侵蝕力的異常值及逐年趨勢[16]。由圖3可見，閩東南地區30 a間的降雨侵蝕力5 a滑動距平呈現略微上升趨勢，傾向率為2.809 (MJ·mm)/(hm2·h)，上升幅度較大，并且R值5 a滑動距平存在間歇性的起伏，起伏的節點為1989，1994，1999，2003和2005年。近些年起伏周期逐漸縮短，且起伏幅度增大。

圖3　研究區30 a間降雨侵蝕力的逐年變化

隨機變量的變異系數(Cv)大小能夠反映出降雨侵蝕力的空間變異性的大小[17]。變異系數以0.1，1為劃分界限，分為弱變異性、中等變異性和強變異性。閩東南地區各雨量站多年年降雨侵蝕力變異系數變化區間為0.22～0.53，平均變異系數達0.33，屬中等變異。變異系數空間分布大致呈沿海向內陸減少的特點，沿海地區一般為0.35～0.53，降雨侵蝕力年際變化較大；中部地區為0.30～0.35；西部地區變化值為0.22～0.26。站點中最大值為惠安縣的崇武站，Cv值為0.53，最小值為閩清站0.22。沿海地區降水量受臺風影響多為暴雨，年際變化相對較大。因此，若以降雨侵蝕力作為預測一個地區水土流失情況的參數時，要取其多年平均值，否則預測結果難以解釋整體變化趨勢。

3.1.3Mann—Kendall突變性分析閩東南地區降雨侵蝕力突變分析采用Mann—Kendall法檢驗，正向序列曲線UF的變化趨勢表明降雨侵蝕力的變化狀況。UF大于0呈上升趨勢，小于0呈下降趨勢。當UF值超過臨界線時，則上升或下降的趨勢顯著。如果UF，UB出現交點，并且在臨界值之間，則此交點表明突變時刻開始[18]。

閩東南地區30 a降雨侵蝕力突變分析的置信區間為±1.96(0.05的顯著水平)。圖4顯示，UF值兩次超越置信區間，UB只有一次超越，因此整體上呈現上升趨勢且變化顯著。降雨侵蝕力大約在1986年出現突變，此后降雨侵蝕力大幅度增加。兩條曲線只有兩個相交點，為1984和1986年，且距離接近，則閩東南地區30 a間降雨侵蝕力未出現明顯的突變。

圖4　研究區降雨侵蝕力Mann-Kendall突變檢驗曲線

3.2　降雨侵蝕力空間分布特征

運用ArcGIS 9.3軟件的空間分析模塊的徑向基數插值功能對年均降雨侵蝕力的空間變化情況進行內插，獲得閩東南地區的年均降雨侵蝕力變化趨勢空間分布圖(圖5)。

圖5　研究區年均降雨侵蝕力空間分布

由圖5可知，閩東南地區的降雨侵蝕力整體上呈現由沿海向內陸增加的趨勢，西南部高于東北部。研究區內南部和中部地區分別出現兩個極值中心，分別為漳州市的上河站607.19 (MJ·mm)/(hm2·h)和廈門市北部的汀溪水庫站527.26 (MJ·mm)/(hm2·h)，最低值是福州市的梅花站218.62 (MJ·mm)/(hm2·h)。南部地區多受臺風帶來的暴雨影響，并且上河站和汀溪水庫站均分布于山地的迎風坡，侵蝕性降雨量大。福州位于閩江口地區，地勢中間低，兩側高，呈現谷地形態，并且隨著臺風勢力的減弱，降雨侵蝕力出現深入內陸的低值狀態。

閩東南地區的年均降雨侵蝕力在各個經濟發展中心，如福州，廈門等地區的值呈現相對低值，這極為有利于經濟的發展。但作為經濟腹地的中西部地區，地勢相對較高，且處于夏季風的迎風坡，多暴雨，短時降雨強度大，沖刷力強，現有植被一旦破壞，水土流失將會對下游地區產生極大危害，因此應加強對中西部的水土流失的整治力度。

4結 論

(1) 閩東南地區年內降雨侵蝕力主要集中于5—8月。這4個月占全年降雨侵蝕力的66.16%。月均降雨量和降雨侵蝕力的月變化均呈現雙峰式分布，8月最高，6月次之。其他月降雨侵蝕力則分別從峰值向兩側遞減，呈現M型分布。

(2) 閩東南地區30 a間的降雨侵蝕力與降雨量的變化趨勢基本一致，降雨侵蝕力的變化范圍為253.82～725.39 (MJ·mm)/(hm2·h)，變化幅度較大。5 a滑動距平變化研究區內的降雨侵蝕力存在間歇性的起伏，但總體上呈上升走勢。但是30 a間降雨侵蝕力未出現明顯的突變現象。研究區各雨量站1980—2009年降雨侵蝕力變異系數0.22

(3) 閩東南地區的降雨侵蝕力整體上呈現由沿海向內陸增加的趨勢，西南部地區高于東北部地區，并且南部和中部地區分別出現兩個極值中心。最高值位于漳州市的上河站〔607.19 (MJ·mm)/(hm2·h)〕，最低值是福州市的梅花站〔218.62 (MJ·mm)/(hm2·h)〕。

近30 a來，整個研究區域內的降雨侵蝕力呈現增加的趨勢，年際變化幅度加大，并且年內R值和降雨量的分布都呈現出雙峰式分布。8月的降雨量明顯增多，可見，夏末秋初的臺風也是引起水土流失的重要因素。

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Temporal and Spatial Characteristics of Rainfall Erosivity in Southeast Fujian Province During 1980-2009

CUI Xiaoyan, ZHA Xuan, HUANG Shaoyan

(KeyLaboratoryofSubtropicalResourcesandEnvironment,Collegeof

GeographyScience,FujianNormalUniversity,Fuzhou,Fujian350007,China)

Abstract：[Objective] Studying the distribution pattern of rainfall erosivity in the southeastern area of Fujian Province to privide basis for soil erosion control and soil and water conservation plan.[Methods] Based on the data from 26 rainfall station in the Southeastern Fujian Province during 1980—2009, simple algorithm for rainfall erosivity was used.[Results] Rainfall erosivity in Southeastern Fujian Province showed a bimodal distribution as it occoured mainly from May to August. Rainfall erosivity varied greatly over years. The highest value was 725.39 (MJ·mm) / (hm2·h) occurred in 2006, while the lowest value was 253.82 (MJ·mm) / (hm2·h) occurred in 1982, with the extreme ratio of 2.86. Rainfall erosivity in Southeast Fujian Province during the past 30 years did not showed abrupt changes. [Conclusion] Rainfall erosivity showed an uneven distribution pattern with increasing trend from coast to inland, and the value was comparatively higher in southwest than that in northeast.

Keywords:Southeastern Fujian Province; rainfall erosivity; Mann-Kendall test; variable coefficient

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)01-0001-04

中圖分類號：S157.1

通信作者：查軒(1961—),男(漢族),陜西省咸陽市人,博士，研究員,博士生導師，主要從事水土保持與生態恢復等方面的研究。E-mail:xzha@fjnu.edu.cn。

收稿日期：2014-06-07修回日期：2014-07-16

資助項目：國家科技支撐計劃項目“強度侵蝕區退化生態系統修復關鍵技術的研究與集成”(2014BAD15B02); 國家重點基礎研究發展計劃項目“南方紅壤區水土流失綜合治理范式及調控機理研究”(2007CB407207)

第一作者：崔曉燕(1989—),女(漢族),山東省菏澤市人,碩士研究生，研究方向為土壤侵蝕和水土保持。E-mail:yanzi1989518@126.com。

試驗研究