崔晓燕, 查 轩, 黄少燕

(福建省亚热带资源与环境重点实验室, 福建师范大学 地理科学研究所, 福建 福州 350007)

1980-2009年闽东南地区降雨侵蚀力的时空分布特征

崔晓燕, 查 轩, 黄少燕

(福建省亚热带资源与环境重点实验室, 福建师范大学 地理科学研究所, 福建 福州 350007)

摘要：[目的] 揭示闽东南地区降雨侵蚀力的时空变异特征，为区域水土流失防治及水土保持规划提供依据。[方法] 基于闽东南地区1980—2009年26个雨量站的逐日降雨数据，运用福建省降雨侵蚀力简易算法。[结果] 闽东南地区降雨侵蚀力年内分布集中于5—8月，呈现双峰式分布；降雨侵蚀力年际间变化幅度较大。1982年年降雨侵蚀力(R值)低至253.82 (MJ·mm)/(hm2·h)，2006年R值高达725.39 (MJ·mm)/(hm2·h)，极值比为2.86；30 a内的闽东南地区的降雨侵蚀力并未出现明显的突变现象。[结论] 研究区内降雨侵蚀力R值空间分布不均匀，总体上呈现沿海向内陆增加，西南高东北低的趋势。

关键词：闽东南地区; 降雨侵蚀力; Mann—Kendall突变检验; 变异系数

福建省是中国南方红壤区土壤侵蚀较为严重的地区之一，2011年底土壤侵蚀总面积为1.21×104km2[14]。闽东南地区是福建省的经济发展中心，但也是福建省水土流失最为严重的区域。其中降雨，尤其是台风带来的暴雨等是其发生的主要外动力因素之一。关于该区域降雨侵蚀力的研究多集中于1990年之前。应用近年来的观测数据进行研究较为鲜见。因此,本文以1980—2009年的逐日降雨量为数据源，从多方面揭示闽东南地区近30a来降雨侵蚀力的时空变异特征，旨在为该区域水土流失防治及水土保持规划提供依据。

1研究区概况

研究区位于福建省东南部，介于东经117°12′—120°31′，北纬23°34′—26°35′，包括福州、厦门、漳州、泉州、莆田5市，总面积约4.20×104km2(图1)。地势由西北向东南倾斜。西部多为山地，自山地往东多为平原丘陵区。该区地处南亚热带季风气候区，年均降水量达1 200～2 500mm。每年5—9月降水较多，其中8，9月以台风带来的暴雨为主，是福建省降雨量最丰富地区之一。土壤以花岗岩性红壤、赤红壤为主，土层薄，细碎岩石颗粒较多，土壤极易遭受冲刷，水土流失严重。

图1　研究区地理位置及雨量站分布

2数据来源及研究方法

2.1　数据来源

本研究采用闽东南5个市辖区内的26个气象站点的逐日降雨数据。数据来源于福建省气象局，时间为1980—2009年。数据包括各个站点的经纬度、海拔高度、逐日降水量等。

2.2　研究方法

黄炎和[13]运用回归分析方法求得福建省南部以月降雨量为基础的降雨侵蚀力的简易算法，并得到较好的验证。因此本文采用此计算方式计算研究区的降雨侵蚀力。

(1)

式中：R——降雨侵蚀力〔(MJ·mm)/(hm2·h)〕；Pi——各月降雨总量(mm)。

(2)

式中：R年——年降雨侵蚀力〔(MJ·mm)/(hm2·h)〕；Pi——各月降雨总量(mm)。利用日降雨量求得月降雨总量，运用公式(1)求得月降雨侵蚀力，进而叠加得到年降雨侵蚀力。

本文在此基础上，将采用统计分析、Mann—Kendall突变检验和ArcGIS 9.3软件的空间分析模块的插值功能对闽东南地区多年降雨侵蚀力的时空变异特征进行分析研究。

3结果与分析

3.1　降雨侵蚀力的时间变化

3.1.1年内变化月降雨侵蚀力与降雨量密切相关。由表1可以看出，研究区域内1980—2009年月均降雨量和降雨侵蚀力的月变化均呈现双峰式分布。1—6月降雨侵蚀力逐月增大，到6月达到第一个峰值，7月下降，8月降雨侵蚀力回升到第二个峰值，9月又有所降低，10月以后急剧减少，直至年底，降水侵蚀力达到年内最小值。降雨侵蚀力较大的值分布在5—8月，其值变化区间为51.16～76.22 (MJ·mm)/(hm2·h)，占全年侵蚀力的66.16%。降水量同样主要集中于5—8月。研究区内月降水量的平均值为125.4 mm，而5—8月的平均值高达206.56 mm。

以上现象主要与闽东南地区的地理位置及降雨特征有关。闽东南地区位于南亚热带季风气候，降水量主要集中于春夏两季。春夏之际，由于受东南季风带来的大量暖湿气流影响，降雨丰沛。7月受副热带高气压带控制，干旱少雨。8月随着的台风到来，降水量又大幅度回升。其他月雨量较少，降雨侵蚀力也相应较低。

表1　研究区1980-2009年月均降雨量和降雨侵蚀力的年内分布

研究区内降雨侵蚀力季节分配不均。多年平均降雨侵蚀力主要集中于春、夏两季，占全年的比例分别为28.7%和52.63%，合计81.33%。由于R值越大对土壤冲刷的作用越大[15]，因此水土保持措施的修建应该避开5—8月的汛期。开展水土保持监测工作，6和8月是关键。

3.1.2年际变化针对闽东南地区26个雨量站连续30 a的降雨资料，本文从降雨侵蚀力的年际动态、5 a滑动距平趋势以及变异系数3个方面进行分析。

1980—2009年闽东南地区的年均降雨量及降雨侵蚀力年际变化情况表明(图2)，年降雨侵蚀力与年降雨量的年际变化趋势基本一致，都呈现出略上升趋势。从波动幅度上看，研究区30 a年均降雨侵蚀力变化区间为253.82～725.39 (MJ·mm)/( hm2·h)，平均值为378.63 (MJ·mm)/(hm2·h)，其中2006年R值最大，1982年最小，极值比为2.86；而30 a年均降水量变化区间为1 422.43～2 463.27 mm，极值比为1.73，则年际降雨侵蚀力的变化幅度大于降水量的变化。线性趋势也可展现出R值的上升幅度更大，土壤侵蚀发生的潜在概率加大。

图2　研究区多年年均降雨量及降雨侵蚀力年际变化

降雨侵蚀力距平数是指每年的R值与30 a平均R值的差值，距平数能明显地表现出年均降雨侵蚀力的异常值及逐年趋势[16]。由图3可见，闽东南地区30 a间的降雨侵蚀力5 a滑动距平呈现略微上升趋势，倾向率为2.809 (MJ·mm)/(hm2·h)，上升幅度较大，并且R值5 a滑动距平存在间歇性的起伏，起伏的节点为1989，1994，1999，2003和2005年。近些年起伏周期逐渐缩短，且起伏幅度增大。

图3　研究区30 a间降雨侵蚀力的逐年变化

随机变量的变异系数(Cv)大小能够反映出降雨侵蚀力的空间变异性的大小[17]。变异系数以0.1，1为划分界限，分为弱变异性、中等变异性和强变异性。闽东南地区各雨量站多年年降雨侵蚀力变异系数变化区间为0.22～0.53，平均变异系数达0.33，属中等变异。变异系数空间分布大致呈沿海向内陆减少的特点，沿海地区一般为0.35～0.53，降雨侵蚀力年际变化较大；中部地区为0.30～0.35；西部地区变化值为0.22～0.26。站点中最大值为惠安县的崇武站，Cv值为0.53，最小值为闽清站0.22。沿海地区降水量受台风影响多为暴雨，年际变化相对较大。因此，若以降雨侵蚀力作为预测一个地区水土流失情况的参数时，要取其多年平均值，否则预测结果难以解释整体变化趋势。

3.1.3Mann—Kendall突变性分析闽东南地区降雨侵蚀力突变分析采用Mann—Kendall法检验，正向序列曲线UF的变化趋势表明降雨侵蚀力的变化状况。UF大于0呈上升趋势，小于0呈下降趋势。当UF值超过临界线时，则上升或下降的趋势显著。如果UF，UB出现交点，并且在临界值之间，则此交点表明突变时刻开始[18]。

闽东南地区30 a降雨侵蚀力突变分析的置信区间为±1.96(0.05的显著水平)。图4显示，UF值两次超越置信区间，UB只有一次超越，因此整体上呈现上升趋势且变化显著。降雨侵蚀力大约在1986年出现突变，此后降雨侵蚀力大幅度增加。两条曲线只有两个相交点，为1984和1986年，且距离接近，则闽东南地区30 a间降雨侵蚀力未出现明显的突变。

图4　研究区降雨侵蚀力Mann-Kendall突变检验曲线

3.2　降雨侵蚀力空间分布特征

运用ArcGIS 9.3软件的空间分析模块的径向基数插值功能对年均降雨侵蚀力的空间变化情况进行内插，获得闽东南地区的年均降雨侵蚀力变化趋势空间分布图(图5)。

图5　研究区年均降雨侵蚀力空间分布

由图5可知，闽东南地区的降雨侵蚀力整体上呈现由沿海向内陆增加的趋势，西南部高于东北部。研究区内南部和中部地区分别出现两个极值中心，分别为漳州市的上河站607.19 (MJ·mm)/(hm2·h)和厦门市北部的汀溪水库站527.26 (MJ·mm)/(hm2·h)，最低值是福州市的梅花站218.62 (MJ·mm)/(hm2·h)。南部地区多受台风带来的暴雨影响，并且上河站和汀溪水库站均分布于山地的迎风坡，侵蚀性降雨量大。福州位于闽江口地区，地势中间低，两侧高，呈现谷地形态，并且随着台风势力的减弱，降雨侵蚀力出现深入内陆的低值状态。

闽东南地区的年均降雨侵蚀力在各个经济发展中心，如福州，厦门等地区的值呈现相对低值，这极为有利于经济的发展。但作为经济腹地的中西部地区，地势相对较高，且处于夏季风的迎风坡，多暴雨，短时降雨强度大，冲刷力强，现有植被一旦破坏，水土流失将会对下游地区产生极大危害，因此应加强对中西部的水土流失的整治力度。

4结 论

(1) 闽东南地区年内降雨侵蚀力主要集中于5—8月。这4个月占全年降雨侵蚀力的66.16%。月均降雨量和降雨侵蚀力的月变化均呈现双峰式分布，8月最高，6月次之。其他月降雨侵蚀力则分别从峰值向两侧递减，呈现M型分布。

(2) 闽东南地区30 a间的降雨侵蚀力与降雨量的变化趋势基本一致，降雨侵蚀力的变化范围为253.82～725.39 (MJ·mm)/(hm2·h)，变化幅度较大。5 a滑动距平变化研究区内的降雨侵蚀力存在间歇性的起伏，但总体上呈上升走势。但是30 a间降雨侵蚀力未出现明显的突变现象。研究区各雨量站1980—2009年降雨侵蚀力变异系数0.22

(3) 闽东南地区的降雨侵蚀力整体上呈现由沿海向内陆增加的趋势，西南部地区高于东北部地区，并且南部和中部地区分别出现两个极值中心。最高值位于漳州市的上河站〔607.19 (MJ·mm)/(hm2·h)〕，最低值是福州市的梅花站〔218.62 (MJ·mm)/(hm2·h)〕。

近30 a来，整个研究区域内的降雨侵蚀力呈现增加的趋势，年际变化幅度加大，并且年内R值和降雨量的分布都呈现出双峰式分布。8月的降雨量明显增多，可见，夏末秋初的台风也是引起水土流失的重要因素。

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Temporal and Spatial Characteristics of Rainfall Erosivity in Southeast Fujian Province During 1980-2009

CUI Xiaoyan, ZHA Xuan, HUANG Shaoyan

(KeyLaboratoryofSubtropicalResourcesandEnvironment,Collegeof

GeographyScience,FujianNormalUniversity,Fuzhou,Fujian350007,China)

Abstract：[Objective] Studying the distribution pattern of rainfall erosivity in the southeastern area of Fujian Province to privide basis for soil erosion control and soil and water conservation plan.[Methods] Based on the data from 26 rainfall station in the Southeastern Fujian Province during 1980—2009, simple algorithm for rainfall erosivity was used.[Results] Rainfall erosivity in Southeastern Fujian Province showed a bimodal distribution as it occoured mainly from May to August. Rainfall erosivity varied greatly over years. The highest value was 725.39 (MJ·mm) / (hm2·h) occurred in 2006, while the lowest value was 253.82 (MJ·mm) / (hm2·h) occurred in 1982, with the extreme ratio of 2.86. Rainfall erosivity in Southeast Fujian Province during the past 30 years did not showed abrupt changes. [Conclusion] Rainfall erosivity showed an uneven distribution pattern with increasing trend from coast to inland, and the value was comparatively higher in southwest than that in northeast.

Keywords:Southeastern Fujian Province; rainfall erosivity; Mann-Kendall test; variable coefficient

文献标识码：A

文章编号：1000-288X(2015)01-0001-04

中图分类号：S157.1

通信作者：查轩(1961—),男(汉族),陕西省咸阳市人,博士，研究员,博士生导师，主要从事水土保持与生态恢复等方面的研究。E-mail:xzha@fjnu.edu.cn。

收稿日期：2014-06-07修回日期：2014-07-16

资助项目：国家科技支撑计划项目“强度侵蚀区退化生态系统修复关键技术的研究与集成”(2014BAD15B02); 国家重点基础研究发展计划项目“南方红壤区水土流失综合治理范式及调控机理研究”(2007CB407207)

第一作者：崔晓燕(1989—),女(汉族),山东省菏泽市人,硕士研究生，研究方向为土壤侵蚀和水土保持。E-mail:yanzi1989518@126.com。

试验研究