黑龍江省降雨侵蝕力空間分布研究

李巍等

摘要利用黑龍江省32個國家基本氣象觀測站2000～2010年間的逐日雨量資料，采用月雨量模型估算降雨侵蝕力，運用ArcGIS軟件，分析黑龍江省侵蝕性降雨和降雨侵蝕力的空間分布特征。結果表明，黒龍江省32個氣象站日降雨量達到侵蝕性標準（≥12 mm/d）的降雨時間為8～15 d/a，各站點達到侵蝕性標準的年平均降雨總量為206～391 mm；年均降雨侵蝕力為103.22～295.51（MJ·mm）/（hm2·h·a），并表現出中部較高、東部和西北部低于中部的特征，且呈現出以明水為中心向西北、東南緩慢遞減的環狀空間分布格局。年降雨侵蝕力空間分布基本與年降雨量空間分布相似，但不完全一致；年內降雨侵蝕力分布主要集中在6～9月份，大致在7月份達最高值，各站點6～9月份的降雨侵蝕力占全年的81%～98%，全年降雨侵蝕力集中度很高。

關鍵詞降雨侵蝕力；月降雨量；空間分布；黑龍江省

中圖分類號S161.6文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）24-155-03

降雨侵蝕力是由降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，是一項客觀評價由降雨所引起土壤分離和搬運的動力指標[1]。精確估算降雨侵蝕力的方法是根據擬定的降雨侵蝕力指標、計算一定時期內全部降雨的侵蝕力[2]。但現實中由于很難獲得所必須的次降雨過程資料，因此一般建立降雨侵蝕力簡易算法，即利用氣象站常規降雨統計資料如日雨量、月雨量、年雨量、其他雨量參數來估算侵蝕力[3]。Roose于1975年建立的魯斯法，該方法能對單獨一年或多年平均的降雨侵蝕力R值進行估算，Wischmeier等[4]在1959年明確提出了降雨侵蝕指數的概念——降雨侵蝕力指標EI30，并成功應用于USLE以及RUSLE模型。筆者在此利用黑龍江省32個國家基本氣象觀測站2000～2010年間的逐日雨量資料，采用月雨量模型估算降雨侵蝕力，通過對近11年來黑龍江省降雨侵蝕力的研究，揭示黑龍江省降雨侵蝕力的空間分布特征、年際變化特征和變化趨勢，以期為黑龍江省水土保持研究和生態環境建設提供參考。

1資料和方法

1.1資料來源

逐日雨量是目前我國公開發布的氣象站最詳細雨量整編資料。鑒于次降雨過程資料很難得到，同時盡可能精確地估算降雨侵蝕力，在此利用黑龍江省32個國家基本氣象觀測站（包括大興安嶺）2000～2010年間的逐日雨量、經度、緯度和海拔高程數據為基本數據。降雨量數據和站點資料來自于中國氣象科學數據共享服務網。

1.2侵蝕性降雨的標準

不是所有的降雨都是侵蝕性降雨，只有一部分產生地表徑流的降雨會引起土壤侵蝕稱為侵蝕性降雨。侵蝕性降雨的標準是當日雨量≥12 mm。

1.3降雨侵蝕力的計算

黑龍江省2000～2010年的年降雨量均在340～610 mm的區間波動，不存在干旱和洪澇年，綜合考慮研究區的降雨情況，在此采用Wischmeier等[5]在1978年建立的基于月雨量的降雨侵蝕力R值算法。Wischmeier的R值算法簡單易用，只要收集到月降雨數據Pi（mm）和年降雨P（mm）數據即可，其表達式為[5]：R=12i=11.735×10[1.5lg（P2i/P）-0.818 8]。式中R的單位為（MJ·mm）/（hm2·h·a）。此公式中不包括春季由于積雪融化形成的侵蝕。

1.4降雨侵蝕力的空間插值

在基于GIS技術應用這些不同的插值方法和模型進行空間插值時，選用方法和模型不同，插值的結果往往會有較大的差異。在此利用ArcGIS地理信息分析軟件，采用普通Kriging內插方法，分析黑龍江省侵蝕性降雨和降雨侵蝕力的空間分布，比較降雨侵蝕力和降雨量的關系。由于降雨屬于非連續變量，其發生受偶然因素影響，月降雨量資料是對一段時間若干個降雨過程的反映，因此用月降雨量模型計算降雨侵蝕力會有一定誤差，且該區域的氣象站點分布不均，對插值精度造成一定的影響，但插值結果能夠很好地反映降雨侵蝕力的空間分布特征，能夠支持完成降雨侵蝕力的空間分布研究[6]。

2黑龍江省降雨侵蝕力空間分布

2.1侵蝕性降雨空間分布

經統計，黑龍江省32個氣象站日降雨量達到侵蝕性標準的降雨時間為8～15 d/a，其中泰來最低，為8 d/a，其次是漠河和齊齊哈爾，為9 d/a；虎林最高，為15 d/a。黑龍江省各站點達到侵蝕標準降雨日的年均降雨總量為206～391 mm，從圖1可以看出，空間上達到侵蝕性標準的降雨時間呈現中南部較高、西北部較低的特點，但在一些地區還是存在明顯差別。如安達、富錦、塔河達到侵蝕性標準的降雨時間相同，但達到侵蝕性標準的年降雨量安達比富錦高將近10%，富錦比塔河高將近10%，同樣明水、依蘭、新林也具有這樣的特點。

在比較各站點達到侵蝕性標準雨日的年均降雨強度時發現，黑龍江省全年降雨量最低的地區位于黑龍江省西部，尤其是西南部地區，如齊齊哈爾、泰來、安達、富裕等地是全省較為干旱地區。對比而言，該地區在侵蝕性降雨區域中屬于年降雨強度較高地區，但年降雨總量不高，侵蝕性降雨分布相對集中。從空間上說，達到侵蝕性標準雨日的年平均降雨強度西南部最高、西北部最低。

在黑龍江省日降雨量>12 mm的降雨屬于強降雨。根據Groisman等[7]對于全球主要地區降雨特征分析，一個地區年降雨量主要由這個地區降雨強度相對比較高的降雨日決定，年降雨量的變化也主要由降雨強度比較高的降雨日數量的變化決定。對于我國近幾十年降雨特征分析，顯示出同樣規律，日降雨量<1 mm占年降雨時間的1/2以上，而1年中日降雨量最高的10次降雨約占年降雨量50%以上。黑龍江省降雨特征同樣符合全國降雨特征規律。由黑龍江省32個站點多年平均侵蝕性降雨量與年均降雨量的散點圖（圖2）可以看出，黑龍江省年均侵蝕性降雨量與年均降雨量的線性相關關系十分顯著，相關系數r=0.83。

2.2降雨侵蝕力空間分布從圖3可以看出，黑龍江省年均降雨侵蝕力表現出中部較高、東部和西北部低于中部的特征，且呈現出以明水為中心向西北、東南緩慢遞減的環狀空間分布格局。降雨侵蝕力的分布趨勢大致與降雨量（圖4）類似；但由于降雨侵蝕力同時受降雨量和降雨強度的影響，降雨侵蝕力和降雨量的年際變化趨勢和程度并不完全一致。

從表1可以看出，黑龍江省32個氣象站多年平均總降雨侵蝕力R值為103.22～295.51（MJ·mm）/（hm2·h·a），其中，寶清R值最小，為103.22（MJ·mm）/（hm2·h·a），明水R值最大，達295.51（MJ·mm）/（hm2·h·a），最大值與最小值之間相差近3倍。結合圖3，黑龍江省降雨侵蝕力的最高值出現在西南部的松嫩平原地區。松嫩平原地面受流水切割，出現緩崗淺谷的波狀起伏。在松花江與嫩江匯流的地帶，由于地勢低洼、水流不暢以及氣候方面的原因，形成了面積較廣的沼澤和濕地[8]。松嫩平原是我國重要商品糧生產地區之一，也是水土流失比較嚴重的地區，降雨侵蝕力反映了降雨因素對土壤侵蝕的潛在作用。黑龍江省降雨侵蝕力比較高的地區與土壤侵蝕比較嚴重的地區分布大體一致，但形成土壤侵蝕還受土壤、地形、植被等因素的影響，因此，土壤流失量的空間分布與降雨侵蝕力的空間分布并不一致。

2.3降雨侵蝕力年內分布

降雨侵蝕力與地表植被覆蓋的季節變化配合情況，會對土壤侵蝕產生巨大影響，因此需要了解侵蝕力的年內季節分布[5]。計算各站點各月的平均降雨侵蝕力值在年內的分布狀況，并以此為基礎繪制各站點多年平均降雨侵蝕力的年內分配曲線[9]。黑龍江省各站點年內降雨侵蝕力R值在1～2月份基本為0，3～4月份開始逐步上升，大致在7月份達到最高值，從8月份開始降雨侵蝕力開始逐步下降，到11～12月份降雨侵蝕力又趨向于0，R值主要集中在6～9月份。

圖5顯示，各站點6～9月份的降雨侵蝕力占全年的81%～98%，其中西部比東部略高。由此可見黑龍江省降雨侵蝕力集中度很高，大部分站點6～9月份降雨侵蝕力占全年的90%以上[8]。這種現象與黑龍江省降水特征有關，黑龍江省的降水表現出明顯的季風性特征。夏季受東南季風的影響，是全年降雨比較集中的季節，且降雨強度較大，季風帶來的降雨占全年降雨量的65%左右，冬季在干冷西北風控制下，降雨較少，降雨強度也比較低，其中1月份最少，7月份最多，因此黑龍江省降雨侵蝕力集中度很高。由于6～9月份是黑龍江省農作物的主要生長季節，且降雨侵蝕力比較高的地區位于主要的農業產區，降雨侵蝕帶來的水土流失會嚴重影響農作物的生長，因此需要研究如何減少由于降雨形成的土壤侵蝕對于農作物生長產生的不利影響。

3結論

通過收集黑龍江省32個氣象站點資料（包括大興安嶺）及各站點2000～2010年的日降雨量資料，分析處理降雨量數據，研究降雨侵蝕力的內涵及計算模型；采用月雨量模型估算降雨侵蝕力，運用ArcGIS軟件，分析黑龍江省侵蝕性降雨和降雨侵蝕力的空間分布特征，得出以下結論：

黑龍江省32個氣象站日降雨量達到侵蝕性標準（≥12 mm/d）的降雨時間為8～15 d/a；空間上達到侵蝕性標準的降雨時間中南部較高、西北部較低。各站點日降雨量達到侵蝕性標準的年平均降雨總量為206～391 mm，空間分布與侵蝕性降雨時間類似；32個站點多年平均侵蝕性降雨量與年均降雨量線性相關關系十分顯著。

黑龍江省年均降雨侵蝕力R值表現出從西北到西南部逐漸升高、東部低于中部的特征，且呈現出以明水為中心向西北、東南緩慢遞減的環狀空間分布格局。轄區內32個氣象站點年均降雨侵蝕力R值為103.22～295.51（MJ·mm）/（hm2·h·a），最大值與最小值之間相差近3倍。降雨侵蝕力的最高值出現在黑龍江省西南部松嫩平原地區，年降雨侵蝕力空間分布基本與年降雨量空間分布相似，但由于降雨侵蝕力同時受降雨量和降雨強度的影響，降雨侵蝕力和降雨量的年際變化趨勢和程度并不完全一致。

黑龍江省各站點年內降雨侵蝕力R值在1～2月份基本為0，3～4月份開始逐步上升，大致在7月份達到最高值，從8月份開始降雨侵蝕力開始逐步下降，到11～12月份降雨侵蝕力又趨向于0，R值主要集中在6～9月份，各站點6～9月份的降雨侵蝕力占全年的81%～98%，全年降雨侵蝕力集中度很高。

參考文獻

[1] 劉斌濤，陶和平.基于重心模型的西南山區降雨侵蝕力年內變化分析[J].農業工程學報，2012（21）：16-17.