周 琳，許武成

(西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院，四川 南充 637009)

四川省位于我國西南腹地，與7省接壤，國土面積48.5 萬km2，是我國土壤侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域之一。新中國成立初期，全省土壤侵蝕面積占轄區(qū)面積的16.68%，到1988年全省土壤侵蝕面積占轄區(qū)面積的41.2%[1]，再到第二次全國水土流失遙感普查土壤侵蝕面積占轄區(qū)面積的45.7%[2]。其中四川省的土壤侵蝕以水力侵蝕為主，根據(jù)全國第一次水土保持公告，水蝕面積占轄區(qū)面積的23.5%[3]，而水力侵蝕的影響面積占轄區(qū)面積的87.7%[4]。在引起水力侵蝕的各種因素中，降雨是最主要的因素之一。降雨侵蝕力就是反映降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，它是通用土壤流失方程中最基本的一個因子，通常簡稱R值。由于采用R指標(biāo)計(jì)算侵蝕力的方法常以次降雨過程資料為基礎(chǔ)[5]，但該類資料較難獲得和整理，各類年、月等R簡易算法便應(yīng)運(yùn)而生，其中利用日雨量估算降雨侵蝕力是目前精度較高的一種方法[6]。日降雨量相較于年、月降雨量，其降雨特征信息更為精準(zhǔn)，且日降雨量數(shù)據(jù)也相對容易獲取。故本文就利用日降雨量數(shù)據(jù)來估算月降雨侵蝕力，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)季節(jié)降雨侵蝕力。準(zhǔn)確評估四川省降雨侵蝕力的年內(nèi)時空分布特點(diǎn)，了解其年內(nèi)季節(jié)變化趨勢，掌握其區(qū)域規(guī)律，對于我省有效地防治土壤侵蝕，制定科學(xué)有效的水土保持措施具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究所采用的數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn)，為使研究區(qū)域數(shù)據(jù)更可靠、精準(zhǔn)，通過對站點(diǎn)的篩選，最終收集了1955-2015年四川省及其相鄰5省(市)共22個有效氣象站的20-20時逐日降雨資料，包含四川的甘孜、馬爾康、松潘、溫江、理塘、九龍、宜賓、宜昌、萬源、高坪區(qū)11個氣象站，青海的玉樹、瑪多、達(dá)日、德欽4個氣象站，甘肅的合作、武都2個氣象站，云南的楚雄、麗江、昆明3個氣象站，陜西的漢中和重慶的沙坪壩2個氣象站。

1.2 研究方法

研究選取章文波[7]的根據(jù)全國71個代表性的氣象站降雨資料建立的日降雨量半月侵蝕力模型，該模型定義如下：

Ri=α∑kj=1(Pj)β

(1)

(2)

α=21.586β(-7.189 1

(3)

式中：Ri是第i個半月時段的侵蝕力，MJ· mm/(hm2·h)，每月前15 d為一個半月時段，月剩余天數(shù)為另一個半月時段；k表示半月內(nèi)天數(shù)；Pj表示半月內(nèi)第j天的侵蝕性日雨量，要求日雨量≥12 mm，否則以0計(jì)算，閾值12 mm與中國侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)一致；α、β為待定模型參數(shù)；Pd12、Py12為日雨量≥12 mm的日平均雨量和年平均雨量。

計(jì)算出半月R值，然后累加成各月及各季R值；再采取Kriging空間插值法進(jìn)行空間特征分析，運(yùn)用線性回歸法[8,9]進(jìn)行時間分析和趨勢分析。對于Kriging空間插值法，本文采用陳東東等[10]研究結(jié)論進(jìn)行，四川省地區(qū)利用普通克里格插值方法，采用球狀模型，得到的降雨侵蝕力值結(jié)果最優(yōu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 年內(nèi)降雨侵蝕力與降雨的關(guān)系

為了分析年內(nèi)降雨侵蝕力與降雨量的時空關(guān)系，分別計(jì)算出1955-2015年四川省1-12月的月均R值與月均降雨量和省內(nèi)11個研究站點(diǎn)月均R值與月均降雨量，前者表示時間，后者表示地域空間，采取線性回歸法構(gòu)建兩者的關(guān)系(圖1)。由圖1可以看出，月均R值與月均降雨量是呈極顯著正相關(guān)(r=0.980，p<0.001)，各站點(diǎn)的月均R值與月均降雨量也呈極顯著相關(guān)(r=0.940，p<0.001)。也就是說，四川省年內(nèi)降雨侵蝕力與降雨量無論是在時間還是空間地域上，兩者都成極顯著正相關(guān)，年內(nèi)分布規(guī)律較為一致。

2.2 降雨侵蝕力的季節(jié)分布特征和趨勢分析

根據(jù)國際通用的季節(jié)劃分原則，定義3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12-次年2月為冬季。將計(jì)算出的各半月降雨侵蝕力累加成四季的降雨侵蝕力，然后運(yùn)用軟件ArcGis10.3，使用Kriging空間插值法得出春、夏、秋、冬四季的降雨侵蝕力空間分布圖，見圖1。從圖1可看出：

(1)四季降雨侵蝕力的空間分布特征整體上都是從東南向西北逐漸降低，但分布上也有一定差異。首先在極高值區(qū)分布上，春季主要分布在川東北地區(qū)的達(dá)州市和廣安市[1 115～1 327 MJ·mm/(hm2·h)]，夏季主要分布在川東北地區(qū)的達(dá)州市和川南地區(qū)的宜賓市[3 875～4542 MJ·mm/(hm2·h)]，秋季主要分布在達(dá)州市北部地區(qū)[1 758～2 160 MJ·mm/(hm2·h)]，而冬季降雨侵蝕力的高值區(qū)卻輾轉(zhuǎn)于川南南部的瀘州市和攀西地區(qū)南部[30～38 MJ·mm/(hm2·h)]。在極低值區(qū)分布上，春、夏、秋三季主要出現(xiàn)在川西高原北部地區(qū)，而冬季降雨侵蝕力低值區(qū)范圍擴(kuò)大，幾乎覆蓋整個川西高原。

(2)各季降雨侵蝕力值的差異很大，其中夏季降雨侵蝕力最高，R值主要介于178～4 543MJ·mm/(hm2·h)之間，其次是秋季和春季，R值分別介于26～2 160和8～1 327 MJ·mm/(hm2·h)之間，冬季降雨侵蝕力最低，R值主要介于-0.9～39 MJ·mm/(hm2·h)之間。以上結(jié)論表明，四川省降雨侵蝕力在季節(jié)空間分布上存在一定的差異，且年內(nèi)季節(jié)分布極為不均，這從表1中也可得到印證，夏季的降雨侵蝕力占了全年的65.9%，其次是秋季和夏季分別占了20.92%、12.71%，而冬季降雨侵蝕力僅占了全年的0.47%。

圖2 四川省各季降雨侵蝕力的空間分布圖Fig.2 Seasonal rainfall erosivity special distribution of Sichuan

季節(jié)占年之比/%趨勢線斜率相關(guān)系數(shù)變化趨勢春季12.7146.86000.825**上升夏季65.90184.0100.752**上升秋季20.9270.91700.784**上升冬季0.472.11680.663*上升

注：表中“**”表示極顯著相關(guān)；“*”表示顯著相關(guān)。

對春、夏、秋、冬四季的降雨侵蝕力進(jìn)行線性擬合，求出其趨勢線斜率，見表1。從表1中可看出，春、夏、秋、冬四季的降雨侵蝕力變化趨勢都是呈上升趨勢的，趨勢線斜率均為正值，其中四川省夏季的降雨侵蝕力上升最快，上升速率為184.01 MJ·mm/(hm2·h)，其次是秋季和春季，上升速率分別為70.92和46.86 MJ·mm/(hm2·h)，冬季的降雨侵蝕力上升最慢，上升速率僅為2.117 MJ·mm/(hm2·h)，其季節(jié)分布與降雨侵蝕力的四季分布一致；且四川省降雨侵蝕力的上升趨勢在春、夏、秋三季是呈極顯著上升趨勢(p<0.01)，其中又以夏季最為明顯(r=0.825)，但冬季僅呈顯著上升趨勢(r=0.663,p<0.05)。

2.3 各站點(diǎn)降雨侵蝕力年內(nèi)時間分布特征和趨勢分析

表2是四川省11個站點(diǎn)年內(nèi)R值分布統(tǒng)計(jì)特征。從表2可看出，最大R均值出現(xiàn)在萬源[722.2 MJ·mm/(hm2·h)]，最小R均值出現(xiàn)在甘孜[56.74 MJ·mm/(hm2·h)]，前者是后者的12.7倍；溫江、宜賓、西昌、會理、萬源、高坪6個站點(diǎn)的R均值大于省R均值[308.74 MJ·mm/(hm2·h)]，該6個站點(diǎn)其年內(nèi)降雨侵蝕力分布也明顯高于全省，剩余5個站點(diǎn)的降雨侵蝕力則明顯低于全省，其中理塘、九龍雖然R均值低于全省，但在其年內(nèi)仍出現(xiàn)高于省R均值的月R值，而甘孜、馬爾康、松潘其年內(nèi)月R值都低于省R均值。從表2還可看出，四川省R值年內(nèi)分布呈單峰型，峰值出現(xiàn)在7月[1 026.56 MJ·mm/(hm2·h)]； 11個站點(diǎn)中，理塘、西昌、溫江、宜賓、會理、高坪區(qū)6個站點(diǎn)的降雨侵蝕力年內(nèi)分布幾乎與全省降雨侵蝕力的分布一致，以峰值在7月并呈單峰型分布；甘孜、松潘、馬爾康、九龍、萬源5個站點(diǎn)降雨侵蝕力的年內(nèi)分布呈雙峰型，其中僅萬源站第一個峰值出現(xiàn)在7月，其余4個站點(diǎn)第一個峰值均出現(xiàn)在6月，隨即在8月R值出現(xiàn)明顯的下降低谷，然后在9月又出現(xiàn)年內(nèi)R值的第二個峰值。根據(jù)各站點(diǎn)的地理緯度分布不難發(fā)現(xiàn)，呈單峰型分布的站點(diǎn)均處在四川低緯度區(qū)域，而呈雙峰型的站點(diǎn)除九龍外則均處在四川高緯度區(qū)域。

對各站點(diǎn)進(jìn)行線性回歸擬合，得出省內(nèi)11個站點(diǎn)的R值均呈上升趨勢，但均沒通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，因此這11個站點(diǎn)的R值均呈不顯著上升趨勢。其中，決定系數(shù)最大值是攀西地區(qū)的會理氣象站(R2=0.053 1)，表明該地區(qū)的降雨侵蝕力年內(nèi)上升趨勢最快，需要做好該地區(qū)的水土保持防護(hù)工作；宜賓氣象站的決定系數(shù)(R2=0.022 9)是省內(nèi)最低值，表明該地區(qū)的降雨侵蝕力年內(nèi)上升最慢。

表2省內(nèi)研究站點(diǎn)R值年內(nèi)分布統(tǒng)計(jì)特征
Tab.2StatisticalCharacteristicsofrainfallerosivityinSichuan′sstudysitesduringtheYear

注：表中灰色柱狀表示各站點(diǎn)1-12月R值占比；加粗?jǐn)?shù)值表示≥省R均值308.74 MJ·mm/(hm2·h)。

2.4 各站點(diǎn)降雨侵蝕力年內(nèi)空間分布特征分析

圖3是四川省各站點(diǎn)降雨侵蝕力占全省全年之比。從圖3可看出，溫江、宜賓、西昌、會理、萬源、高坪6個站點(diǎn)的降雨侵蝕力占比值明顯偏高，占了全省全年降雨侵蝕力的86.38%，其中萬源氣象站占比值為21.02%，是四川省降雨侵蝕力最高的站點(diǎn)；甘孜、馬爾康、松潘、理塘、九龍5個站點(diǎn)的降雨侵蝕力占比值明顯偏低，其中甘孜氣象站占比值為1.65%，是四川省降雨侵蝕力最低的站點(diǎn)。

圖3 四川省各站點(diǎn)R值占省全年之比Fig.3 The percentage of each station’s R value to Sichuan’s total value per year

不難發(fā)現(xiàn)，降雨侵蝕力高的站點(diǎn)幾乎都處于東部盆地、丘陵區(qū)，降雨侵蝕力低的站點(diǎn)都處于西部高原、山地區(qū)，表現(xiàn)出地勢越高，降雨侵蝕力值越低的特征。圖4定量分析了降雨侵蝕力與海拔高度的關(guān)系。從圖4可看出，降雨侵蝕力與海拔高度的關(guān)系是呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=0.838,p<0.01)，總體上遵循降雨侵蝕力值越大，海拔越低的負(fù)比關(guān)系，說明降雨侵蝕力的大小受海拔影響明顯，但又不絕對影響。

圖4 省內(nèi)研究站點(diǎn)降雨侵蝕力與海拔高度的關(guān)系Fig.4 Relationship between the rainfall erosivity of station to altitude

3 討 論

四川省降雨侵蝕力的時空分布特征存在著明顯的地域差異和季節(jié)差異，這與其所處的地理緯度位置和氣候明顯相關(guān)。四川省處在我國第一和第二級階梯上，西部為高原、山地，東部為盆地、丘陵，主要受來自印度洋和西太平洋的西南季風(fēng)和東南季風(fēng)、西太平洋副熱帶高壓和南亞高壓活動及東亞中高緯度大氣環(huán)流異常的影響[11]，年內(nèi)降雨主要集中在夏季且多暴雨，所以降雨侵蝕力在夏季明顯偏高。由于其特殊的地理位置和地貌環(huán)境，四川盆地和攀西地區(qū)是我省主要暴雨頻發(fā)區(qū)，所以該區(qū)也是我省主要的降雨侵蝕力區(qū)。秋季，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏弱，因此秋季降雨減少[11]，降雨侵蝕力值和面積縮小。冬季，川東北地區(qū)因受秦嶺和大巴山的阻擋，川西高原因地理緯度過高，冬季風(fēng)難以抵達(dá)，因此川東北地區(qū)和川西高原降雨量少，降雨侵蝕力高、低值區(qū)出現(xiàn)明顯的異常情況。春季，由于弱夏季風(fēng)的影響，降雨量開始增多，降雨侵蝕力值和面積也隨之增加。

4 結(jié) 語

本文再利用近61年四川省及其相鄰省份22個氣象站點(diǎn)逐日降雨量數(shù)據(jù)，分析了四川省降雨侵蝕力年內(nèi)時空變化趨勢特征，旨在更全面地補(bǔ)充四川省降雨侵蝕力時空變化趨勢的認(rèn)識，得到的主要結(jié)論如下：

(1)四川省年內(nèi)降雨侵蝕力與降雨量無論是時間(r=0.980，p<0.001)還是空間地域(r=0.939，p<0.001)上，兩者都呈極顯著相關(guān)，年內(nèi)分布規(guī)律較為一致。

(2)四季降雨侵蝕力變化明顯，夏季最高，占全年65.9%，冬季最低，占全年0.47%，秋季(20.92%)和春季(12.71%)介于其中；各季降雨侵蝕力均是從東南向西北逐漸減低，空間分布差異顯著。

(3)四季降雨侵蝕力的變化趨勢都呈上升趨勢，上升速率大小依次為夏季>秋季>春季>冬季，其中春、夏、秋三季呈極顯著性上升趨勢(p<0.01)，其中又以夏季最為明顯(r=0.825)，冬季呈顯著性上升趨勢(p<0.05)。

(4)省R均值為308.74 MJ·mm/(hm2·h)，省內(nèi)11個研究站點(diǎn)中，6個站點(diǎn)R均值大于省R均值；四川省年內(nèi)R值呈單峰型分布，峰值在7月；研究站點(diǎn)中有 6個站點(diǎn)的R值年內(nèi)分布呈單峰型，峰值在7月，5個站點(diǎn)呈雙峰型，其中4個站點(diǎn)峰值出現(xiàn)在6月和9月，一個站點(diǎn)峰值出現(xiàn)在7月和9月。

(5)四川省內(nèi)11個研究站點(diǎn)的降雨侵蝕力均呈不顯著上升趨勢，都未通過信度為0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。

(6)省內(nèi)11個研究站點(diǎn)的降雨侵蝕力年內(nèi)分布特點(diǎn)總體上遵循降雨侵蝕力值越大，海拔越低的負(fù)比關(guān)系，降雨侵蝕力與海拔高度呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=0.838,p<0.01)，說明降雨侵蝕力的大小受海拔影響明顯，但又不絕對影響。

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