羅夢(mèng)琦 蔣丹丹 齊 斐 顏 韜 李 想

（1.南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心 江蘇省水土保持與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210037 2.江蘇省水利工程科技咨詢(xún)股份有限公司 南京 210003 3.江蘇省水利科學(xué)研究院 南京 210017 4.河海大學(xué)大禹學(xué)院 南京 211106）

江蘇省位于我國(guó)大陸東部沿海，土壤侵蝕狀況在全國(guó)范圍內(nèi)屬于較低水平，受季節(jié)性集中降雨與人為活動(dòng)頻繁等多因素影響，土壤侵蝕問(wèn)題仍需引起重視。降雨侵蝕力具有較強(qiáng)的地域特征，在江蘇省的研究還較少，因此開(kāi)展江蘇省關(guān)于降雨侵蝕力時(shí)空特征的研究十分必要。本文利用江蘇省399個(gè)雨量站點(diǎn)1981—2017年的逐日降雨量資料，采用章文波日雨量模型計(jì)算降雨侵蝕力。利用降雨集中度評(píng)價(jià)降雨量及降雨侵蝕力年內(nèi)差異性，采用回歸分析和累計(jì)距平法分析降雨及降雨侵蝕力的年際演變趨勢(shì)，基于普通克里金插值法分析其空間變異性，加深對(duì)研究區(qū)降雨及降雨侵蝕力時(shí)空分布特征的系統(tǒng)認(rèn)知，為降雨侵蝕力獲取及土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)工作的順利開(kāi)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

江蘇省地處我國(guó)大陸東部沿海；介于東經(jīng)116°18′～121°57′，北緯30°45′～35°20′之間；總面積10.72萬(wàn)km2，占全國(guó)的1.06%。研究區(qū)共轄13個(gè)地級(jí)市，96個(gè)縣（市、區(qū)）。

研究區(qū)地勢(shì)平坦，平原遼闊，河網(wǎng)密布，湖泊眾多；地處亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)，四季氣候分明，氣溫起伏大；降雨量年際變幅大，年內(nèi)分布不均，汛期降雨量較為集中；土壤類(lèi)型多樣，主要類(lèi)型有棕壤土、褐土等；地帶性植被類(lèi)型為落葉闊葉林、落葉闊葉常綠闊葉混交林與常綠闊葉林，南北跨度大，植被呈緯度地帶性分布規(guī)律。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

該研究搜集了研究區(qū)及其周邊雨量站點(diǎn)441個(gè)1981—2017年逐日降雨數(shù)據(jù)。根據(jù)時(shí)間序列與站點(diǎn)數(shù)據(jù)完整性需求，經(jīng)篩選統(tǒng)計(jì)，選取符合數(shù)據(jù)質(zhì)量及空間分布要求的399個(gè)站點(diǎn)作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 降雨侵蝕力計(jì)算

本文采用章文波建立的基于日降雨數(shù)據(jù)以半月為步長(zhǎng)估算降雨侵蝕力的簡(jiǎn)易模型，公式如下：

式中：Rj為半月降雨侵蝕力（MJ·mm/hm2·h）；Pi為第i個(gè)半月≥12mm的日雨量；m是半月日雨量≥12mm的日數(shù)；α、β為回歸系數(shù)；指日雨量≥12mm的日平均雨量（mm）；指日雨量≥12mm的年平均雨量（mm）；Pdi表示時(shí)間窗口內(nèi)第i日≥12mm的日雨量。通過(guò)逐日降雨量數(shù)據(jù)計(jì)算全年共24個(gè)半月的降雨侵蝕力，由此匯總得到年降雨侵蝕力。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用CI（concentrationindex）指數(shù)進(jìn)行降雨量及降雨侵蝕力年內(nèi)集中程度分析。當(dāng)CI≤10時(shí)，表明在年內(nèi)分布較為均勻；10＜CI≤20時(shí)，表明在年內(nèi)變化具有明顯的季節(jié)性；CI＞20時(shí)，表明在年內(nèi)分布具有異常的集中性。CI指數(shù)的具體計(jì)算公式如下：

式中：CI為集中度指數(shù)；Mi為第i個(gè)月的降雨量或降雨侵蝕力。

采用線(xiàn)性回歸分析和累計(jì)距平曲線(xiàn)進(jìn)行降雨及降雨侵蝕力年際變化趨勢(shì)分析。其中，線(xiàn)性回歸分析法是進(jìn)行時(shí)間序列變化趨勢(shì)分析的基本方法，主要是根據(jù)數(shù)據(jù)序列中自變量與因變量的變化，推算其線(xiàn)性規(guī)律，并建立回歸方程。累計(jì)距平曲線(xiàn)可以通過(guò)曲線(xiàn)的起伏變化情況可以判斷研究對(duì)象的增減趨勢(shì)與持續(xù)情況，以及突變發(fā)生的大致時(shí)期。

2.4 空間統(tǒng)計(jì)方法

基于雨量站點(diǎn)降雨量及降雨侵蝕力數(shù)據(jù)采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法空間插值進(jìn)行空間變異性分析。普通克里金插值法是地統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用于空間預(yù)測(cè)的常用方法，主要根據(jù)區(qū)域化變量的原始數(shù)據(jù)與變異數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)插值點(diǎn)進(jìn)行線(xiàn)性無(wú)偏最優(yōu)估計(jì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨量時(shí)空分布特征

3.1.1 降雨量時(shí)間演變特征

（1）降雨量年內(nèi)變化

根據(jù)多年平均降雨量年內(nèi)變化情況，降雨量呈“幾”字形分布。其中：最低值為12月（12.63mm），最高值為7月（103.92mm），汛期（6—9月）降雨量占全年比例為59.79%，與研究區(qū)降雨多集中在汛期的實(shí)際情況相符。

研究區(qū)降雨CI指數(shù)的平均值為12.51，說(shuō)明研究區(qū)整體降雨存在一定的季節(jié)性。CI的變化范圍為9.67（蘇州市吳江區(qū)）到17.26（連云港市贛榆區(qū)），研究區(qū)年內(nèi)降雨集中程度南北差異較大，由南向北呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。整體來(lái)說(shuō)研究區(qū)南部降雨年內(nèi)分配較為均勻，南部降雨量大，季節(jié)間差異較小。CI在研究區(qū)北部（徐州市、連云港市）高于15，說(shuō)明年內(nèi)降雨最集中，季節(jié)差異較大。

（2）降雨量年際變化

對(duì)1981—2017年間研究區(qū)年降雨量均值進(jìn)行回歸分析（圖1），年降雨量均值圍繞平均值20%上下波動(dòng)，降雨量整體呈現(xiàn)非顯著上升的趨勢(shì)。

圖1 1981—2017年年降雨量均值回歸分析圖

對(duì)1981—2017年間研究區(qū)年降雨量均值進(jìn)行距平分析（圖2）。在研究時(shí)段內(nèi)，共有19個(gè)年份年降雨量均值為負(fù)距平，18個(gè)年份年降雨量均值為正距平，降雨量總體呈現(xiàn)豐枯交替的波動(dòng)變化趨勢(shì)。

圖2 1981—2017年年降雨量均值距平分析圖

3.1.2 降雨量空間分布特征

對(duì)研究區(qū)399個(gè)雨量站點(diǎn)1981—2017年多年平均降雨量采用普通克里金插值法進(jìn)行插值，獲取多年平均降雨量空間分布特征（圖3）。

圖3 1981—2017年多年平均降雨量空間分布圖

研究區(qū)多年平均降雨量的平均值為1016.69mm，變化范圍為647.89mm（徐州市豐縣）到1511.95mm（無(wú)錫市宜興市），研究區(qū)降雨量南北差異較大，整體呈現(xiàn)南高北低、階梯狀遞減的趨勢(shì)。

3.2 降雨侵蝕力時(shí)空分布特征

3.2.1 降雨侵蝕力時(shí)間演變特征

（1）降雨侵蝕力年內(nèi)變化

根據(jù)多年平均降雨侵蝕力年內(nèi)變化情況，降雨侵蝕力呈“幾”字形分布。汛期（6—9月）降雨侵蝕力占全年比例為59.79%。與降雨量年內(nèi)分布情況相比，降雨侵蝕力各月之間的差異相比降雨量各月之間的差異來(lái)看有顯著增大，汛期降雨侵蝕力占比進(jìn)一步增加，降雨侵蝕力主要受12mm以上侵蝕性雨量影響，研究區(qū)強(qiáng)降雨多發(fā)生在汛期，因此這幾月降雨侵蝕力在全年占主導(dǎo)地位。

研究區(qū)降雨CI指數(shù)的平均值為17.4，說(shuō)明研究區(qū)整體降雨侵蝕力存在一定的季節(jié)性，這與降雨的季節(jié)差異規(guī)律一致。CI的變化范圍為12.96（常州市溧陽(yáng)市）到22.71（連云港市贛榆區(qū)），研究區(qū)降雨侵蝕力季節(jié)差異明顯，由南向北差異顯著性增大。

（2）降雨侵蝕力年際變化

對(duì)研究區(qū)1981—2017年年降雨侵蝕力均值進(jìn)行回歸分析顯示（圖4），在研究時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)波動(dòng)的變化，主要在平均值20%的范圍內(nèi)浮動(dòng)，呈現(xiàn)上升-下降的起伏變化趨勢(shì)；根據(jù)擬合趨勢(shì)線(xiàn)顯示，年降雨侵蝕力均值整體呈現(xiàn)非顯著上升的趨勢(shì)。

圖4 1981—2017年年降雨侵蝕力均值回歸分析圖

由研究區(qū)1981—2017年年降雨侵蝕力均值的距平分析可知（圖5），研究時(shí)段內(nèi)，年降雨侵蝕力均值共有19個(gè)年份為負(fù)距平，共有18個(gè)年份為正距平，總體經(jīng)歷了上升-下降的波動(dòng)變化趨勢(shì)，整體變化趨勢(shì)與降雨量大體一致。

圖5 1981—2017年年降雨侵蝕力均值距平分析圖

3.2.2 降雨侵蝕力空間分布特征

研究區(qū)1981—2017年多年平均降雨侵蝕力的空間分布如圖6所示，多年平均降雨侵蝕力的平均值為5870.02MJ·mm/hm2·h1·a1，介 于3683.38（徐 州市豐縣）到7664.69（無(wú)錫市宜興市）之間，南北差異顯著。研究區(qū)多年平均降雨侵蝕力與多年平均降雨量的空間分布并不重疊，存在一定的空間差異。

圖6 1981—2017年多年平均降雨侵蝕力空間分布圖

多年平均降雨侵蝕力整體呈現(xiàn)由南到北遞減的趨勢(shì)。受侵蝕性降雨、地理位置等因素共同影響，研究區(qū)多年平均降雨侵蝕力出現(xiàn)多個(gè)極值區(qū)域。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

（1）研究區(qū)降雨量年內(nèi)分布具有集中性，南部降雨量季節(jié)差異不明顯，北部季節(jié)差異較大。在1981—2017年間，研究區(qū)降雨量年際間變化差異較大，總體呈現(xiàn)不顯著上升趨勢(shì)。研究區(qū)多年平均降雨量整體呈現(xiàn)從南向北遞減的趨勢(shì)。

（2）研究區(qū)降雨侵蝕力季節(jié)差異顯著，汛期降雨侵蝕力在全年降雨侵蝕力占主導(dǎo)地位。在1981—2017年間，研究區(qū)降雨侵蝕力呈現(xiàn)上升-下降的起伏變化趨勢(shì)，圍繞平均值20%上下波動(dòng)，整體呈不顯著上升趨勢(shì)。在空間分布上，多年平均降雨侵蝕力整體呈現(xiàn)南多北少的遞減趨勢(shì)；受侵蝕性降雨及地理位置等多重因素影響，降雨侵蝕力與降雨量的空間分布上存在一定差異。

4.2 討論

在年際變化上顯示降雨量、降雨侵蝕力在1991年、2016年達(dá)到峰值，1991—2016年間呈現(xiàn)下降-上升-下降的變化趨勢(shì)，周期約為26年；本文采用的數(shù)據(jù)時(shí)間序列為1981—2017年，時(shí)間序列長(zhǎng)度為37年，僅包含一個(gè)完整周期，未能較好地展現(xiàn)出降雨及降雨侵蝕力的周期性變化，對(duì)年際變化趨勢(shì)的研究也具有一定的影響。數(shù)據(jù)時(shí)間序列最好包含兩個(gè)或兩個(gè)以上降雨周期，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列的降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性及突變性檢驗(yàn)，準(zhǔn)確獲取降雨及降雨侵蝕力周期變化特征，調(diào)整多年平均降雨侵蝕力數(shù)據(jù)年限，減小因降雨侵蝕力的周期變化導(dǎo)致多年平均降雨侵蝕力結(jié)果產(chǎn)生的差異■