太行山脉不同量级降雨侵蚀力时空变化特征

基于太行山脉及其周边地区76个气象监测站点1954-2016年逐日降雨数据,建立了基于不同量级侵蚀性年降雨量模拟年降雨侵蚀力的简易模型,并采用气候倾向率、小波周期分析、重心模型、Co-Kriging插值、Mann-kendall非参数趋势检验以及突变分析等方法,分析了不同量级降雨侵蚀力时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）太行山脉地区年降雨侵蚀力简易模型为y=0.182x₁^1.095+5.463x₂^0.982+9.401x₃^1.017+15.258x₄-26.753,且多年降雨侵蚀力呈小幅上升趋势,10年间上升了2.4 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,同时存在约20年的主周期和6年的小周期变化,并在1996年发生显著突变;中雨和大雨侵蚀力63年间均呈上升趋势,而暴雨和特大降雨侵蚀力呈下降趋势;春秋两季主要受中雨和大雨侵蚀力的影响,而夏季则主要受特大降雨侵蚀力的影响。（2）太行山脉地区各量级降雨侵蚀力最大值主要分布于太行山脉东南部以及五台山地区,最小值主要分布于地区的东北部;运用重心模型发现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,而秋冬季节则向南部以及西南地区迁移,形成一个循环,且与冬夏季风的控制时间相符。（3）太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力与侵蚀性降雨量均呈显著正相关（P<0.01）,大雨和特大降雨侵蚀力分别与纬度、海拔呈显著负相关（P<0.05）,这主要与副热带高压移动、地形、海拔以及自然地理环境等因素有关。     

基于土地利用与植被恢复情景的土壤侵蚀演变特征

基于土地利用与植被恢复情景,使用USLE和土壤风蚀方程对坝上地区水蚀和风蚀强度进行估算。结果表明：（1）2015年坝上地区风蚀、水蚀和总侵蚀强度均值分别为8.83±5.15 t·ha^-1·a^-1、4.37±6.62 t·ha^-1·a^-1和13.22±8.18 t·ha^-1·a^-1;风蚀占总侵蚀67%,水蚀占33%。（2）土地利用调整情景下,风蚀、水蚀和总侵蚀强度分别减少4.9%~9.9%、2.9%~8.3%和4.3%~9.3%;土地利用+植被恢复情景下,风蚀、水蚀和总侵蚀强度则分别减少6.3%~13.8%、5.2%~16.2%和5.9%~14.3%。（3）土地调整面积与风蚀强度减少率呈对数关系,与水蚀强度减少率呈指数关系,与总侵蚀强度减少率呈线性关系（P<0.01）。本文结果可以为土壤侵蚀方程计算及区域土壤侵蚀防治提供数据参考。     

秃尾河流域径流衰减驱动力因子分析

掌握流域径流演变规律,探讨其影响因子,对流域水资源合理开发利用和科学管理具有重要的意义。论文依据秃尾河流域1956—2010年径流、降水资料以及榆林站1956—2010年气温资料,采用高桥浩一郎公式计算了流域蒸散发量,利用Kendall秩次检验法分析了流域降雨、径流和蒸发的趋势演变特性;采用主成分分析法研究了多因子对流域径流衰减的影响;建立了径流衰减量与主要影响因子之间的统计模型。结果表明：1）流域径流量呈显著减少趋势,而蒸发量和降水量减少趋势不显著;2）在径流衰减驱动力因子中,人类活动因子权重为71.1%,而气候因子权重为28.9%,各驱动力因子对径流衰减的贡献率由大到小依次为：林草>梯田>坝地>流域用水量>年降水量>年蒸发量;3）径流衰减量与林草、梯田的指数回归模型能较好地反映径流衰减量与驱动力因子之间的定量关系,可以为流域治理和水资源开发利用提供科学依据。     

渭河流域植被WUE遥感估算及其时空特征

论文基于估算NPP的CASA模型和估算ET的三角形模型对水分限制因子算法进行改进的基础上,构建了由NPP子模型和ET子模型组成的WUE遥感估算模型,以2010年相关MODIS影像和气象参量为数据源,实现了渭河流域WUE的估算,并对WUE的时空特征及其与年内气温、降雨的关系进行了分析。研究表明：1）WUE模拟结果与通量观测数据以及生态系统模型模拟结果均具有一定的可比性,各模型模拟结果存在差异可能与WUE定义、模拟区域、使用数据源以及使用植被覆盖分类底图等存在差异有关;2）渭河流域WUE年内分布呈现微“双峰”型格局,以8月最高,春、夏、秋、冬四季WUE分别为0.57、1.05、0.66、0.12 gC·m^-2·mm^-1,呈现夏季>秋季>春季>冬季的特征;3）渭河流域WUE空间分布呈现子午岭、黄龙山、六盘山以及秦岭北坡等林区高,西安市建成区、子流域上游低植被覆盖区以及局部旱作农业区低的分异特征;4）渭河流域尺度上,WUE随年内气温和降雨的变化均呈现5阶段的变化特征,但变化形式存在差异。     

山东省不同地形区降雨侵蚀力时空变化特征

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。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。     

1985—2015年陕西黄土台塬表层土壤有机碳空间分布

中尺度范围土壤有机碳的长期动态变化状态对大气温室气体的浓度、当地环境的生态效应至关重要。论文研究了陕西黄土台塬近30 a表层（0~20 cm）土壤有机碳密度的空间分布特征,并探讨了气候、地形、土壤类型、土地利用与土壤有机碳密度和储量的关系。结果表明：1）近30 a黄土台塬土壤有机碳密度和储量呈增加趋势,且增加幅度愈来愈明显,其中,1985—2000年有机碳密度和储量的增量分别为0.20 kg/m²和1.46×10⁶ t,2000—2015年分别为0.75 kg/m²和10.87×10⁶ t。2）1985—2015年有机碳密度随气温和降水量的增加而增加,随高程和坡度的增加呈现先增加后减少的趋势,在高程679~779 m、坡度10°~20°范围达到最大值。3）大多数土壤类型有机碳密度和储量随时间延长呈增长趋势,其中,黑垆土有机碳密度增加最大（1.59 kg/m²）,黄绵土储量增量最多（5.64×10⁶ t）;不同土地利用类型有机碳密度和储量随时间延长也呈增加趋势,林草地有机碳密度增加量明显大于耕地。4）研究区表层土壤有机碳密度与气温、土壤类型、土地利用类型在P<0.001水平上相关性显著,与降水在P<0.05水平上显著相关。     

东北松嫩典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀沿坡长变化规律及其对土壤质量的影响

东北黑土区,尤其是农垦地区,是我国重要的粮食生产基地。土壤侵蚀导致耕地质量严重退化,威胁粮食安全。选取克山农场坡长为1020 m的直型坡、凹型坡和凹—直复合型坡耕地,利用¹³⁷Cs示踪技术估算坡面土壤侵蚀模数,测定土壤有机碳作为耕地土壤质量参数,揭示典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀强度沿坡长变化规律及耕地土壤质量参数的响应。结果表明：（1）不同坡形长缓坡耕地土壤侵蚀差异显著,直型坡多年平均侵蚀速率（3040 t·km^-2·a^-1）<复合型坡（3395 t·km^-2·a^-1）<凹型坡（4220 t·km^-2·a^-1）。（2）直型坡、凹型坡、凹—直复合型坡均呈现出侵蚀强—弱周期性变化规律,其振荡周期分别为380 m、250 m和300 m。（3）土壤有机碳含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系,其沿坡长变化规律与土壤侵蚀速率沿坡长变化规律相反。土壤侵蚀是造成黑土坡耕地土壤质量退化的直接原因,研究结果可为黑土长缓坡耕地水土保持措施的精准布设及土壤养分管理提供理论支持。     

坡度和植被盖度对河岸坡面侵蚀产沙特征的影响

坡度和植被盖度是影响坡面土壤侵蚀的重要因子,探讨坡面土壤侵蚀产沙对坡度和植被盖度的响应,对坡面土壤侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。研究基于野外模拟径流冲刷试验,分析了不同坡度（5°、10°、15°、20°）和植被盖度（0、15%、30%）条件下坡面径流系数、泥沙量、时段径流含沙量和侵蚀泥沙粒径组成的变化过程,并运用双因素方差分析和相对贡献指数阐明黄河下游河岸坡面侵蚀产沙特征对坡度和植被盖度交互作用的响应。结果表明：不同植被盖度下坡面径流系数随冲刷历时增加而增加,在冲刷历时前5 min增幅较快,之后增幅变慢并趋于平缓;坡面径流含沙量随冲刷历时呈逐渐下降趋势,随后趋于平缓。坡度小于15°时,不同植被盖度之间的径流系数和时段径流含沙量差异较为明显,坡度大于15°后差异减小。侵蚀产生的泥沙量随冲刷历时和坡度的增加而增加;在同一坡度上,植被覆盖越低,侵蚀产生泥沙量越大。侵蚀泥沙的主要富集粒级中,Dx(10)以粉粒为主,Dx(50)以粗粉粒和极细砂粒为主,Dx(90)以极细砂粒和细砂粒为主。双因素方差分析表明,坡度对河岸坡面侵蚀产生的径流系数、产沙量和径流含沙量均有极显著影响（P<0.001）,植被盖度对产沙量和径流系数有极显著影响（P<0.001）,而坡度和植被盖度的交互作用仅对径流系数有显著影响（P<0.01）,同时相对贡献指数表明,在坡度和植被盖度对坡面侵蚀产沙的交互作用中,植被盖度的作用随坡度的增加逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,并成为影响坡面水土流失的主导因素。     

中亚跨境流域生态脆弱性评价及其时空特征分析——以阿姆河流域为例

生态脆弱性（EVI）的定量评估和长期分析,对于了解区域生态环境动态变化与指导生态环境保护与修复极为重要。但以往研究很少对跨境流域这一特殊单元进行生态脆弱性评价。以阿姆河流域为例,选择反映研究区植被、水文、气候、地形、土壤以及人类活动等方面的11个指标,通过共线性诊断分析,构建了阿姆河流域生态脆弱性评价体系,利用主观权重与客观权重相结合的方法确定指标权重,对1990-2015年研究区EVI进行了定量评价及时空特征分析。结果表明：（1）研究区生态环境呈恶化趋势,大部分区域处于重度脆弱状态,研究时段内重度脆弱性比例的平均值为46.40%;极度脆弱性占比在过去25年内呈增加趋势,从1990年的2.58%增加至2015年的16.97%,增幅为14.39%。（2）生态脆弱性在不同土地覆被类型之间差异巨大,其中草地的EVI值变化最大,裸地的生态环境最为脆弱,林地的生态脆弱性最小;研究区生态脆弱程度整体表现为裸地>灌丛>草地>耕地>城市用地>林地的规律。（3）EVI与地形因子的关系表明生态环境最为脆弱的区域主要位于低海拔地势平坦与高海拔坡度大的地区,而低脆弱性主要分布在海拔2500~3500 m或坡度15~25°的区间上。     

延河流域降雨侵蚀力时空分布特征

降雨侵蚀力(R)反映了降水引起土壤水蚀的潜在能力,其时空分布规律定量研究是进行土壤侵蚀预报的基础.利用延河流域22个雨量站24a逐日降雨资料,分析了该区降雨侵蚀力的时空分布特征.结果表明,降雨侵蚀力与降雨量、侵蚀性降雨量具有一致的年内年际变化趋势.降雨侵蚀力年内变化为单峰型,集中分布在5～9月,占全年R值的91.61%.降雨侵蚀力多年平均值为1580.58MJ.mm.(hm2.h.a)-1,最高值(1981年)为2417.70MJ.mm.(hm2.h.a)-1,最低值(1999年)仅585.29MJ.mm.(hm2.h.a)-1,年际间变化为中等变异,变异系数为0.32.烧房砭站多年平均R值最大,为2190.33MJ.mm.(hm2.h.a)-1,镰刀湾和杨山站多年平均R值最小,分别为1151.37MJ.mm.(hm2.h.a)-1和1146.87MJ.mm.(hm2.h.a)-1.R值与侵蚀性降雨量具有一致的空间分布格局,北部雨量站R值年际变化呈现轻微的增加趋势,其它站点R值年际变化相对呈现出轻微的减少趋势,总体上延河流域降雨侵蚀力呈现下降趋势,趋势系数为-0.004.     

基于ENSO发展过程的中国夏季降水时空变化特征

利用1961—2019年中国地面降水月值格点数据,结合趋势分析、合成分析及T检验等气候诊断方法,对中国夏季降水时空变化特征进行分析,进而探讨不同类型ENSO事件对应夏季降水规律。结果表明：20世纪60—90年代末,长江、淮河夏季降水波动增加,海河降水持续下降,符合“南涝北旱”空间特征;21世纪后,除淮河夏季降水下降之外,其他流域降水均呈增加趋势;对于不同ENSO发展类型而言,以厄尔尼诺为主导的事件,副高脊线西伸增强,中国夏季多雨区集中在江淮地区,由南向北呈现“中间涝,南北旱”的空间格局;以拉尼娜为主导的事件中,副高脊线东移、控制面积缩小,中国夏季降水在胡焕庸线两侧、华南降水明显偏少;对于两种转换型事件而言,当前冬发生厄尔尼诺、夏季转为拉尼娜时,副高西伸且面积扩大,中国夏季降水偏多;反之,副高东移且面积缩小,中国夏季降水整体偏少。     

“十二五”期间牡丹江流域污染防治对策研究

牡丹江作为松花江第二大支流,是国家水污染防治重点流域。通过研究小流域的污染防治对策,可以解决牡丹江的污染及水质安全保障问题,在支流中起到示范作用,从而防止危害松花江的水质安全。本文以“十二五”规划思路为依托,以牡丹江流域为例,探讨小流域的水污染防治对策。     

松花江流域氮时空分布特征及源解析研究

松花江流域是我国氮污染较为严重的流域之一,为了研究松花江流域氮时空变化特征和主要来源,结合松花江流域2003-2018年国控断面NH₄+-N、TN及相关指标的监测数据和典型断面采样检测数据,采用季节性Kendall检验法分析了松花江流域ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（COD_Mn）的历史变化趋势,利用Origin 8.0软件绘制了ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（COD_Mn）的沿程分布图及水期规律图,并采用氮氧稳定同位素技术解析了水体中氮的主要来源.结果表明:①松花江流域城市污染排放对水体氮浓度具有较大影响,城市下游断面氮浓度远高于城市上游断面,并且松花江流域支流氮浓度高于干流.②时间维度上,松花江流域水体中不同水文期ρ（NH₄+-N）和ρ（TN）变化规律为枯水期>平水期>丰水期,ρ（COD_Mn）变化规律为枯水期 < 平水期 < 丰水期.③季节性Kendall检验法分析结果显示,松花江流域90.0%的断面ρ（NH₄+-N）呈下降趋势,62.5%的断面ρ（TN）呈上升趋势,且上升趋势断面主要集中在支流伊通河、阿什河上.④13个典型采样断面δ15N-NO₃（硝酸盐氮同位素）和δ18O-NO₃（硝酸盐氧同位素）值域范围分别为1.52‰~11.15‰、-13.82‰~1.32‰,水体氮主要来源于含氮肥料、土壤侵蚀造成的有机氮输入以及人畜排泄物和城市生活污水输入.研究显示,近15年来松花江流域干流水体氮污染情况呈好转趋势,但重要支流水体氮污染仍严重,城市污染排放是流域水体氮污染的重要影响因素之一,需要加强对城市生活污水及化肥和粪肥等农业面源输入的管控.      

MODIS MOD16蒸散发产品在中国流域的质量评估

利用地面观测降水数据、流量数据,以及重力卫星(GRACE)观测的与全球陆面数据同化系统(GLDAS)模拟的流域蓄水量变化数据,基于流域水量平衡原理,从年与月两个时间尺度分析了MODIS全球蒸散发产品(MOD16)在中国不同流域的一致性及其时空特征。结果表明:1)年尺度上,MOD16/ET在中国流域(除松花江流域)与基于水量平衡估算的流域实际ET(WBET)相比呈现高估,且在不同集水区高估程度不同,与流域实际ET的差异从北方的松花江流域、黄河流域到南方的长江流域有从小到大的特点;2)月尺度上,MOD16/ET与WBET相比,存在低值区(20 mm/月)高估、高值区(20 mm/月)低估的特点;在蒸散发过程较弱的11月到次年3月,MOD16/ET产品在中国流域存在普遍性高估;而在其他月份,MOD16/ET与WBET的一致性因流域而异;3)MOD16/ET与WBET的一致性在中国不同流域存在地域性差异,总体上在外流区的一致性优于内流区,在北方松花江流域的一致性优于南方的长江流域。     

1958—2009年松花江流域降水时空演变特征

利用松花江流域降水资料,采用克里格(Kriging)法进行插值,用Mann-Kendall秩次相关法分析降水系列的变化趋势,用集中度和集中期分析降水量年内分配特征等,分析了流域降水特征时空变化。结果表明:①1958—2009年52 a来流域年降水呈不显著减少趋势,降水由东部向西部递减,绝大部分地区年降水呈不显著减少趋势;②年内降水不均匀,大多集中在5—9月,6—8月最为集中,汛期(6—9月)降水占全年77.65%,呈不显著减少趋势;③流域年降水集中度很大,多年均值为0.682,呈东南小西北大的特点。年降水集中期为181.90°~187.68°,最大降水一般出现在7月20—26日,集中期地域差异不大,总体呈北高南低的特点,年降水集中度减少趋势不显著,集中期呈显著减少趋势。     

降雨资料时间序列长度对降雨侵蚀力平均值置信度的影响

降雨资料时间序列长度是计算多年平均降雨侵蚀力过程中的重要不确定性因素.论文以中国601个气象站1980-2009年逐月降雨资料为数据源,利用Wischmeier经验公式计算了各气象站逐年降雨侵蚀力(R因子),用简单随机抽样方法抽取样本容量分别为30 a、 20 a、 10 a和5 a 四种不同的R值样本,计算了R平均值相对允许误差10%和25%条件下抽样估计的置信度.结果表明:降雨资料的时间序列长度对R平均值的估计置信度有显著影响;R平均值置信度存在明显的地域差异,长江以南、 青藏高原东部以及河西走廊南部的祁连山地区置信度较高;在降雨资料有限的情况下,必须根据土壤侵蚀研究的精度要求分析R平均值的抽样误差及其置信度,以保证土壤侵蚀定量预报的客观性与准确性.     

基于MODIS的长江源植被NPP时空变化特征及其水文效应

植被净初级生产力是反映植被生态系统对气候变化响应的重要指标。基于2000—2010年MODIS NPP数据,结合同期年径流、气温、降水数据,运用趋势分析法、相关分析法以及径流过程指标法等方法,研究了长江源区2000—2010年植被aNPP的时空变化特征及其水文效应。研究结果表明：1） 近11 a来,长江源区植被aNPP呈增加的趋势,增加趋势不显著,线性增长率为48.22 gC/m²;在水热条件的影响下,植被aNPP增长呈现出空间异质性,增加幅度由东南向西北逐渐减少。2） 不同植被类型的aNPP增长趋势不同,其中针叶林、灌丛、高寒草甸和高寒草原的aNPP增长率分别为3.03、2.68、1.43和0.85 gC/(m²·a)。3） 植被aNPP与6—9月的气温、5—8月的降水量呈显著相关。4） 径流系数和水源涵养指数的增大进一步验证植被aNPP的增加趋势,并对源区的水资源量产生有利影响。