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土壤侵蚀已经成为全球最重要的环境问题之一,而气候因素--降雨是侵蚀的直接动力因子。降雨侵蚀力反映了降雨引起土壤侵蚀的潜在能力,如何客观准确地度量降雨侵蚀力,并且了解降雨侵蚀力的时间和空间分布特征是定量预报土壤流失的重要环节,开展降雨侵蚀力的研究具有重要的现实意义。首先本研究中使用时间分辨率为分钟的降雨过程资料,分析了单位降雨动能估算公式的特点,并且讨论了国际通用次降雨动能计算公式在公式的适用性问题。其次利用极值统计方法,提出了降雨特性以及降雨侵蚀力在某一重现水平的估计值的计算方法。最后利用海河流域的255个站点的日降水资料,分析地形因子以及站点密度对于插值效果精度的影响,并且分析了距离与逐年、逐月和逐日降雨量的相关系数的关系。
(1)首次利用我国12个气象站点的分钟降水资料,系统的分析了降雨分钟资料的可靠性以及国际通用的两个动能公式在我国的适用性。分钟资料总体的质量是不错的,通常在我国的北方分钟资料的可用时间段为5-9月,南方地区的数据全年都可用。由于我国雨强变化范围为0.6～35mm/h,使用Wischmeier公式计算的动能大约是Brown计算动能的1.2倍,Wischmeier公式的计算值在北方十分接近真实值,但是在南方却显著低于真实值,总体而言,推荐在我国使用Wischmeier的公式计算单位降雨动能和次降雨动能。侵蚀性次降雨动能与次降雨量具有很好的线性关系,与最大30分钟雨强的关系较差,因此可以使用次降雨量与时段最大雨强的乘积估算次降雨侵蚀力。
(2)基于全国12个站点的分钟自记降雨资料,使用GEV方法求得不同重现期水平下最大10分钟雨强、最大30分钟雨强、最大60分钟雨强、最大次雨量、年降雨量、最大次降雨侵蚀力和年降雨侵蚀力的参数估计值,以及2、5、10、20、50和100年的不同重现水平下的估计值。降雨特性与地形因子和地理位置具有较好的联系,根据目前所获得的12个站点的分钟降雨数据,可知在一定的重现水平下,次最大降雨侵蚀力和年降雨侵蚀力与纬度、经度和海拔高度具有较好的线性关系,纬度的系数较为显著,经度和海拔高度的拟合系数不显著,但由于根据经验地理信息对于降水的影响较大,并且考虑经度和海拔高度因子,决定系数有较为显著的提高,因此某一重现水平下的次最大降雨侵蚀力和年降雨侵蚀力的估算公式中的自变量包括纬度、经度和海拔高度。这样只要知道站点的地理信息,就可以估算某一重现期的值。
(3)利用我国海河流域的90m分辨率的DEM数据,提取了局地的地形因子,包括高程、坡度和坡向。通过对年降水量与经度、纬度、海拔高度、坡度和坡向进行偏相关分析,经度、纬度与年降雨量具有较好的线性关系,坡度、坡向与年降水量的线性关系在统计上不显著。在海河流域,站点密度是决定插值精度的最重要因素,地形因子对于插值精度的改善有限。距离目标站点距离越近的站点,其逐年雨量、逐月雨量和逐日雨量的相关性越大,基本随着距离的增大,相关系数逐渐降低,却相关系数与距离的关系呈现较为明显的对数关系,在某一距离之外,距离与相关系数的关系将不再显著。海河流域的年降雨侵蚀力的高值出现在东南部,最低值出现在海河流域的西北角呈现,出由东南向西北递减的趋势。