中图分类号:S157.1 文献标识码:A 1 引言 我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,据统计全国土壤侵蚀面积高达492万km[2][1]。雨滴击溅及由降雨产生的径流是土壤侵蚀的主要动力,研究评价气候因素—降雨对土壤水蚀的潜在作用,对定量预报土壤流失、制定水土保持规划等具有重要意义。通用土壤流失方程USLE[2]以及后来的修订版RUSLE[3]是目前世界上推广应用最广泛的土壤侵蚀模型,降雨侵蚀力是方程中一个最基本因子,定义为由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。精确估算降雨侵蚀力的方法是根据拟定的降雨侵蚀力指标、计算一定时期内全部侵蚀性次降雨的侵蚀力[2,3]。但由于很难获得所必须的次降雨过程资料,因此一般建立降雨侵蚀力简易算法,即利用气象站常规降雨统计资料如日雨量、月雨量、年雨量或其它雨量参数来估算侵蚀力[4,5]。 降雨侵蚀力与降雨一样具有明显的空间分异特征,存在明显的年际变化。降雨侵蚀力年内分配与植被覆盖季节变化的配合状况对土壤侵蚀有重大影响,同时降雨侵蚀力年内分配也是USLE或RUSLE中计算作物覆盖与管理C因子的重要参考因素[2,3]。美国农业部颁发的USLE[2]或RUSLE[3]各期农业手册都编绘了降雨侵蚀力等值线图,并以图表形式给出各地理气候区的降雨侵蚀力年内分配特征,以用于指导农业生产实践。我国自1980年代以来也开展了很多有关降雨侵蚀力的研究,一般利用月或年降水资料估算侵蚀力,编制区域降雨侵蚀力图和分析降雨侵蚀力季节分布,获得了很多有意义的成果[6~8],但由于各地区采用的计算方法不同、单位也不完全一致,难以进行区域之间的对比分析。王万忠等[9,10]还曾以全国29个站点资料为基础简要分析了我国降雨侵蚀力的年内分配规律,并利用125个站点的多年平均降雨特征参数分析估算了全国降雨侵蚀力空间分布。国内对降雨侵蚀力年内分配特征的研究一般都以月为时段,但由于地表植被覆盖在一个月内可能变化极大,以月为时段反映降雨侵蚀力年内分配状况存在一定不足[3]。 逐日雨量是目前我国公开发布的气象站最详细雨量整编资料。鉴于次降雨过程资料很难得到,同时尽可能精确地估算降雨侵蚀力,本文以1971~1998年约600个气象站逐日雨量资料为基础、采用一种新方法估算全国降雨侵蚀力,分析全国降雨侵蚀力的空间变化特征,以更好地了解我国土壤侵蚀背景,为制定水土保持规划等提供依据。 2 资料和方法 2.1 资料收集和预处理 广泛收集全国约700个测站1971~1998年的逐日降雨资料(缺台湾地区测站资料)。由于部分测站存在缺测漏测情况,对收集到的测站资料进行仔细检查,去除了平均一年缺测日数超过5%的测站,但鉴于西北地区站点相对较少,且缺测较多的站点多数分布在我国西北地区,因此该地区缺测日数略微超过5%的站点予以保留。以此为原则确定了全国共564个有效测站,并对其中还存在少量缺测的站点资料进行统计,发现缺测情况发生在11、12、1、2等4个月份的占到总数的90%以上,即缺测月份一般都发生在少雨季节,而发生在少雨季节中的少量缺测对本研究影响不大。最后对564个有效测站中还存在少量缺测的站点,以距离倒数为权重、利用最近相邻3个测站的数据进行了空间插补,得到完整的逐日降雨资料序列。 2.2 降雨侵蚀力计算 利用日雨量采用下式计算降雨侵蚀力(注:Zhang Wenbo,Fu Jinsheng.Rainfall Erosivity Estimation Using Different Kinds of Rainfall Amount.Resources Science(in press).[章文波,付金生.不同类型雨量资料估算降雨侵蚀力.资源科学(已被接收).])
式中M[,i]表示第i个半月时段的侵蚀力值(MJ·mm·hm[-2]·h[-1]),α和β是模型参数;k表示该半月时段内的天数,D[,j]表示半月时段内第j天的日雨量,要求日雨量
12mm,否则以0计算,12mm与侵蚀性降雨标准对应[11];P[,d12]表示日雨量
12mm的日平均雨量,P[,y12]表示日雨量
12mm的年平均雨量。参数α和β反映了区域降雨特征,根据逐日雨量资料按式(2)(3)估算不同测站的α和β值