中国南方地区近60 a来降雨量与降雨侵蚀力时空变化研究

基于南方地区9个省份41个气象站点1956~2015年共60 a逐日降雨量资料,采用线性回归、Kriging插值等方法分析了南方地区降雨量和降雨侵蚀力的时空变化特征。结果表明:南方地区降雨以侵蚀性降雨为主,且比较集中,区域强降雨事件出现的频次在增加。南方地区年均降雨侵蚀力变化范围在3 477.30~24 878.65 MJ·mm/(hm~2·h·a)之间,平均值为9 919.93 MJ·mm/(hm~2·h·a),总体由南往北逐渐减少的分布规律。在季节分布上降雨侵蚀力主要集中在夏季。60 a来南方大部分地区年降雨侵蚀力均呈上升趋势,其中海南、浙江、江西3省上升趋势较为明显,说明这些地区面临较大的土壤侵蚀潜在压力。     

长江上游流域降雨侵蚀力变化对河流输沙量的影响

利用长江上游主要水文站1956~2010年输沙量数据和雨量站日降雨量时间序列资料,采用线性回归研究流域降雨侵蚀力与河流输沙量的关系,并估算长江上游各子流域降雨侵蚀力变化对河流输沙量的总体贡献。结果表明:长江上游降雨侵蚀力为2 362 MJ·mm/(hm²·h·a)到3 814 MJ·mm/(hm²·h·a),多年平均值为3 006 MJ·mm/(hm²·h·a);各子流域的年均降雨侵蚀力差异较大,其中乌江子流域最大,为5 055 MJ·mm/(hm²·h·a),金沙江子流域最小(1 560 MJ·mm/(hm²·h·a)),不足乌江子流域的1/3。各子流域降雨侵蚀力的极值比大小嘉陵江 > 岷江 > 乌江 > 金沙江。长江上游流域以及子流域输沙量在1956~2010年间均呈总体下降趋势,各子流域年均输沙量大小金沙江 > 嘉陵江 > 岷江 > 乌江。降雨侵蚀力变化对长江上游输沙量变化贡献率为7%,对岷江、嘉陵江、乌江子流域输沙量变化的贡献率分别为36%、20%、9%。总体来说,降雨对长江上游输沙量变化的影响不如人类活动的影响大。     

漫湾电站库区降雨侵蚀力时空变化

漫湾水电站是澜沧江水能梯级开发的第一个干流大型水电站，加强库区水土流失治理与监督监测尤为必要，而降雨侵蚀力的时空分布规律研究则是实现区域土壤侵蚀定量监测预报的重要基础。根据有关降雨侵蚀力的计算方法，利用漫湾电站库区4个测站1980～2000年的逐月平均降雨资料，估算了其降雨侵蚀力R值的时空分布规律及其变化特征。结果表明：漫湾电站库区多年平均降雨侵蚀力在1 9336～3 9727 MJ·mm/hm2·h；R值的年内变化显著，且较大值集中分布在雨季的5月～10月，平均R值占全年的867%，尤其6～8月连续3个月的降雨侵蚀力平均占全年侵蚀力的一半以上；R值的年际变化显示20世纪90年代漫湾电站库区降雨侵蚀力比80年代平均增加2835 MJ·mm/hm2·h；R值的空间分布上以凤庆站点的年降雨侵蚀力最大；南涧站点的年降雨侵蚀力最小，但是其年际波动幅度较大。全面地分析了漫湾电站库区降雨侵蚀力R值的时空变化特征，为该地区有效防止与监测水土流失情况、更好地安置水电站工程移民提供参考。     

漫湾电站库区降雨侵蚀力时空变化

漫湾水电站是澜沧江水能梯级开发的第一个干流大型水电站，加强库区水土流失治理与监督监测尤为必要，而降雨侵蚀力的时空分布规律研究则是实现区域土壤侵蚀定量监测预报的重要基础。根据有关降雨侵蚀力的计算方法，利用漫湾电站库区4个测站1980～2000年的逐月平均降雨资料，估算了其降雨侵蚀力R值的时空分布规律及其变化特征。结果表明：漫湾电站库区多年平均降雨侵蚀力在1 9336～3 9727 MJ·mm/hm2·h；R值的年内变化显著，且较大值集中分布在雨季的5月～10月，平均R值占全年的867%，尤其6～8月连续3个月的降雨侵蚀力平均占全年侵蚀力的一半以上；R值的年际变化显示20世纪90年代漫湾电站库区降雨侵蚀力比80年代平均增加2835 MJ·mm/hm2·h；R值的空间分布上以凤庆站点的年降雨侵蚀力最大；南涧站点的年降雨侵蚀力最小，但是其年际波动幅度较大。全面地分析了漫湾电站库区降雨侵蚀力R值的时空变化特征，为该地区有效防止与监测水土流失情况、更好地安置水电站工程移民提供参考。     

湖北丹江口水库库区降雨侵蚀力特征

降雨侵蚀力(R)指数是估算土壤侵蚀量的一个基本因子，但如何利用气象站常规降雨统计资料估算R值具有重要的实践意义。利用湖北丹江口水库库区4个观测站(丹江口、十堰、郧县、郧西)的多年逐日降雨资料，通过比较分析多个经验模型对该地区的降雨侵蚀力的计算结果，优选出了表现最佳的估算模型，并用其计算结果分析了库区年降雨侵蚀力的空间分布和时间变化特征。结果表明，湖北丹江口库区丹江、郧西、十堰、郧县的年均降雨侵蚀力分别为3 331.94、3 272.40、3 501.21、3 187.94 MJ·mm/hm²·h·a，4个测站的均值为3 323.37 MJ·mm/hm2·h·a，空间分布比较均匀，与多年平均降雨量分布类似；降雨侵蚀力主要集中于5～9月份，占全年的88.60%以上；库区4个测站年降雨侵蚀力值波动较大，以郧西和十堰为甚，其最大单次降雨侵蚀力分别占其研究时段内总降雨侵蚀力的6.94%和4.87%。离差系数Cv(0.45～0.58)和趋势系数r(绝对值0.05～0.08)计算结果表明研究年限内年均降雨侵蚀力整体趋势保持平稳。
     

云南不同量级降雨下的降雨侵蚀力特征分析

为研究云南省及5个子区域年降雨侵蚀力和各量级降雨侵蚀力的时空变化特征,基于云南120个站点近43a逐日降水资料,利用Man-Kendall趋势检验、Morlet连续复小波变换分析等方法进行系统分析。结果表明:各区域大雨侵蚀力在年降雨侵蚀力中起主导作用;年内各月降雨侵蚀力滇西北基本以大雨侵蚀力为主,其余区域干季以中雨侵蚀力为主,雨季以大雨侵蚀力为主;各量级降雨侵蚀力表现出降雨量级越大,季节性越强,集中程度越高的特征;各区域中雨侵蚀力相对变化呈减少趋势,其余量级降雨侵蚀力变化趋势以减居多;暴雨侵蚀力相对变化程度最强,大雨和中雨侵蚀力相对较缓;滇西北年降雨侵蚀力、大雨和中雨侵蚀力以9a左右时间尺度为主震荡周期,其余区域主震荡周期多为18~21a左右,暴雨侵蚀力主震荡周期在各区域存在一定差异。     

基于日降雨数据的湖北省降雨侵蚀力初步分析

利用日降雨数据估算降雨侵蚀力,以此评估降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。通过分析湖北省及周边26个气象台站1957~2008年逐日降雨量数据,基于日降雨侵蚀力模型,计算了研究区多年降雨侵蚀力,初步分析了其时空分布规律。结果表明:湖北省降雨侵蚀力总体上呈现从东南地区向西北山区逐渐递减的趋势,鄂东南、西南较高,而西北部最低,降雨侵蚀力与降雨量分布特征类似;降雨侵蚀力与降雨量在年际变化上都呈现微弱上升趋势,1978年以来降雨侵蚀力一直保持上升趋势和2~3a的主周期变化;降雨侵蚀力的年内分布主要集中在5~9月份,占全年的77.42%,其中最大月降雨侵蚀力出现在7月份,占年降雨侵蚀力的22.3%。研究结果对水土流失预报及科学制定水土保持措施具有重要意义。     

近50 a澴河上游汛期降雨径流多尺度时空演变

人类活动和气候变化可能导致水文资料的一致性遭到破坏。为研究澴河上游汛期降雨、径流的一致性,基于澴河花园水文站及流域内6个雨量站1963~2013年汛期实测资料,以全汛期、最大1日、3日、7日为时间尺度,首先通过Pettitt检验和Mann-Kendall检验对降雨、径流序列进行趋势与突变检验;其次采用不均匀系数和重心模型对降雨时空变化进行定量分析,基于日流量历时曲线分析不同相对历时流量的变化规律;最后分析降雨径流关系的时间变化特征。结果表明:澴河上游流域汛期降雨存在不显著下降趋势,各历时降雨空间分布未发生显著变化,降雨重心基本分布在广水站和草店站之间。花园站汛期平均流量呈减小趋势,最大1日、3日、7日平均流量显著减小;高流量下降趋势和低流量上升趋势均较明显,高、低流量相对于中流量的离差均为减小趋势。汛期径流系数呈下降趋势,降雨、径流深多年平均下降率分别为11.6、20.8 mm/10 a;径流系数与降雨量呈分段线性关系,约在汛期降雨为565 mm处出现转折。     

云南省高原典型森林植被涵养水源功能研究

利用水量平衡原理对云南省高原3种典型森林植被的林冠截留、枯落物持水和土壤蓄水能力进行比较研究。结果表明:土壤蓄水是森林发挥涵养水源功能的最主要途径;从林冠截留量和截留率两个指标来看,林冠截水能力排序为高山松林(209.87 t/hm²、28.87%)>白桦林(194.17 t/hm²、19.82%)>川滇高山栎灌丛(111.78 t/hm²、16.32%);对于枯落物持水能力:最大持水量排序为高山松林(35.79 t/hm²)>白桦林(24.52 t/hm²)>川滇高山栎灌丛(18.49 t/hm²);最大持水率排序为川滇高山栎灌丛(177.42%)>白桦林(152.08%)>高山松林(138.48%);土壤蓄水能力排序为川滇高山栎灌丛(673.19 t/(hm²·a))>高山松林(610 t/(hm²·a))>白桦林(549.84 t/(hm²·a));在同一森林单位面积上,涵养水源能力排序为高山松林(855.66 t/hm²)>川滇高山栎灌丛(803.46 t/hm²)>白桦林(768.53 t/hm²)。研究可为森林生态效益核算和管理奠定基础,且对制定适应气候变化的策略有着科学指导意义。     

基于生态足迹变化的鄱阳湖自然保护区生态补偿定量分析

为定量分析自然保护区生态补偿问题，协调区内生态保护与社区发展，促进保护区建设可持续性，以鄱阳湖自然保护区为例，通过分析保护区所在乡镇1985、1995、2005年的土地利用变化，以及相应生态承载力变化和空间分异特征，结合生态足迹效率对生态补偿进行定量分析。研究表明：保护区成立以来土地利用相对稳定，变化主要集中在草地、水域和未利用地。1985、1995、2005年保护区的人均生态承载力和生态足迹效率分别为0.8284 hm²/cap、669元/hm²，0.8568 hm²/cap、2779元/hm²，10534 hm²/cap、8382元/hm²。以2005年度保护区的生态足迹效率生态农业足迹效率为基准，综合直接收益损失补偿、基于生态承载力的静态评价补偿和动态评价补偿分析，比较合适的补偿标准为户均补偿2308元/a、人均补偿540元/a。
     

Spatiotemporal variation in rainfall erosivity on the Chinese Loess Plateau during the period 1956–2008

Water resources and soil erosion are the most important environmental concerns on the Chinese Loess Plateau, where soil erosion and sediment yield are closely related to rainfall erosivity. Daily rainfall data from 60 meteorological stations were used to investigate the spatiotemporal variations in annual rainfall, annual erosive rainfall and annual rainfall erosivity on the Chinese Loess Plateau during the period 1956–2008. The annual rainfall, erosive rainfall and rainfall erosivity decreased over the past five decades, as determined by the Mann–Kendall test. A comparison of the annual averaged rainfall, erosive rainfall and rainfall erosivity from 1980 to 2008 with that from 1956 to 1979 revealed a remarkable spatial difference in the rainfall trends on the Loess Plateau. Regions of the plateau with major decreases in rainfall were primarily in the Hekouzhen-Longmen section of the middle Yellow River, especially in the Wuding River basin, the Fenhe basin and the northern-central Shanxi province, where the annual rainfall and erosive rainfall decreased by more than 10% and the annual rainfall erosivity decreased by more than 15%. The rainfall erosivity also decreased more than the annual rainfall. Because the annual rainfall has decreased significantly on the Chinese Loess Plateau over the past 50 years, it is important to better understand the ecological and hydrological processes affected by this climate change.     

基于地面监测数据的2013~2015年长三角地区PM2.5时空特征

近年来,长三角地区灰霾天气持续增多,空气细颗粒物污染问题日益突出。基于2013年1月至2015年5月长三角地区及周边缓冲区内共214个空气质量监测站点PM_2.5逐时监测数据,运用普通克里金插值方法,从年、季、月尺度上分析了PM_2.5的空间分布格局和时间动态变化。结果表明:(1)2 a来,长三角地区PM_2.5浓度空间分布明显呈现整体北部高南部低,局部地区略有突出的分布特征;长三角地区PM_2.5浓度年均值为57.08μg/m³;其中,江苏省PM_2.5的年均值为三省市最高,为65.84μg/m³;其次为上海市,年均值为53.87μg/m³;浙江省PM_2.5的年均值较小,为51.53μg/m³。(2)从季节尺度分析,长三角地区PM_2.5浓度变化表现出冬春季高,夏秋季低的变化趋势;这与区域内冬季风向来源、降水稀少、气象扩散条件差有着密切的关系; (3)长三角地区月浓度变化大致呈U形分布; 12月份PM_2.5浓度最高; 3月份以后, PM_2.5浓度开始呈逐步下降趋势;在5~9月份,区域PM_2.5处于"U"字的谷底,其中6月份夏收时期秸秆焚烧、气象等因素导致PM_2.5浓度有略微升高;进入10月份后迅速攀升,且11、12月份呈现持续升高态势。     

基于InVEST模型的太行山淇河流域土壤侵蚀特征研究

基于土地利用数据、数字高程模型数据(DEM)、土壤类型数据、降雨数据、植被覆盖指数(NDVI),结合地理信息系统(GIS)和遥感,计算降雨侵蚀力因子(R)、土壤可蚀性因子(K)、植被覆盖因子(C)、水土保护措施因子(P),借助InVEST模型对淇河流域2015年山地生态系统的土壤侵蚀进行研究。结果表明:(1)淇河流域微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀面积分别为932. 80、617. 13、282. 46、159. 58、141. 64和93. 84 km~2;土壤侵蚀总量为7 225 839. 54 t,平均土壤侵蚀模数为32. 45 t/(hm~2·a);(2)在各土地利用类型中,土壤侵蚀主要发生在林地、草地和耕地。草地和林地多分布在地形起伏度较大的高海拔区,潜在的土壤侵蚀量较大,土壤侵蚀强度也较大。虽然未利用地占流域总面积很小,但侵蚀模数最大;(3)淇河流域土壤侵蚀与坡度、海拔和地形起伏度等地形因子具有密切关系,土壤侵蚀模数随着海拔的升高先增大后降低,海拔在1 200 m处达到峰值,土壤侵蚀模数随着坡度和地形起伏度的增加而不断增大。坡度和起伏度越大,坡面土壤的不稳定性愈大,在外力作用下发生下移的可能性就愈大。海拔600～1 200 m、坡度大于15°、地形起伏度70～500 m的区域土壤侵蚀状况严重,是土壤侵蚀防治的重点区。土壤侵蚀是山地生态脆弱性响应的重要指标,山地流域的土壤侵蚀研究对评估区域生态环境质量有重要意义。     

生态脆弱区自然资本可持续利用及驱动机制--以宁夏为例

自然资本的分类测度和分区管理是可持续发展领域的核心议题。文章基于改进后的三维生态足迹模型,分析了2008—2017年宁夏及其各地级市自然资本利用的时空演变特征,并运用偏最小二乘法揭示了自然资本利用演变的驱动机制,旨在为生态脆弱区自然资本的可持续利用、社会经济的协调发展和生态文明建设提供参考。结果显示:①10年来宁夏人均生态足迹以年均5.01%的速率从3.146 hm²增至4.564 hm²,人均生态承载力相对稳定,人均生态赤字由2.462 hm²扩大至3.839 hm²,自然资本的供需矛盾愈加尖锐;市域尺度上,除固原市外其他各市生态赤字明显,总体上呈由南向北递增趋势。②足迹深度和足迹广度表明流量资本已无法满足需求,对存量资本的消耗成为社会经济发展的常态;市域尺度上,足迹深度呈“北高南低”的分布特征,而足迹广度的空间分布与其相反,二者存在显著的地域互补性。③从地类组分构成来看,林地、草地和水域是全区存量资本消耗的主要方式,耕地尚处于流量资本占用状态,建筑用地已过渡为存量资本;市域尺度上,自然资本利用的可持续性呈“南强北弱”格局,各地类间自然资本利用差异显著。④偏最小二乘回归模型揭示能源消耗、社会消费、经济发展和资源禀赋条件是影响宁夏自然资本利用的显著因素,而人口规模、对外贸易、生态建设、科技进步和产业结构演化对自然资本利用的影响程度较轻;市域尺度上自然资本利用的驱动力差异显著。最后,基于自然资本利用空间分异特征,从供需视角提出了自然资本可持续利用的对策建议和优化路径。