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基于日氣象數據的降雨侵蝕力時空變化分析的解決方案

基于日氣象數據的降雨侵蝕力時空變化分析的解決方案
降雨侵蝕力是水土流失最為重要的外部驅動力,是土壤侵蝕相關領域的研究重點,分析降雨侵蝕力的時空變化特征,準確評估降雨對水土流失的潛在作用,對定量預報區域水土流失現狀、農業面源污染狀況及制定相應的控制措施、優化區域生態環境等具有重大意義。 并給出結果報告。

1.引言

    降雨侵蝕力是水土流失最為重要的外部驅動力,是土壤侵蝕相關領域的研究重點,分析降雨侵蝕力的時空變化特征,準確評估降雨對水土流失的潛在作用,對定量預報區域水土流失現狀、農業面源污染狀況及制定相應的控制措施、優化區域生態環境等具有重大意義。

    本方案采用基于日降雨量的月降雨侵蝕力模型對沂蒙山區的降雨侵蝕力的時空變化做出分析。具體技術路線如圖 1 所示,主要包括三部分內容:(1)數據準備:氣象臺站日數據,主要包括臺站經度、緯度、海拔、日降雨量、溫度等; 2)模型運行及驗證;(3)模擬結果分析,并給出結果報告。

1 沂蒙山區 19712008 年降雨侵蝕力空間分布獲取技術路線

2.模型

    本研究采用楊軒等人在 2010 年建立的利用日降雨量計算月降雨侵蝕力的復合因子模型(楊軒,  梁音,  方繼青等.基于日降雨信息的月降雨侵蝕力模型  [J] .土壤學報, 2010, 47(2): 216- 222.)。該模型提出了侵蝕性降雨量(Pmer)、侵蝕性降雨日數(Dmer)和極端降雨量(Zm, Z3m)等新的指標,很好地將降雨強度信息反映在模型當中。其表達式如下:

3.數據準備

    模型輸入數據包括氣象臺站插值數據經度,緯度,海拔,溫度,以及日降雨數據。以沂蒙山區及周邊 38 個氣象臺站(其中 8 個國家級臺站,30 個省級臺站)1971- 2008 年逐日降雨量資料為數據源,利用基于日降雨信息的月降雨侵蝕力模型,估算了研究區多年月、年降雨侵蝕力,并初步分析了降雨侵蝕力的時空分布規律。

    a)  日降雨數據處理

    借助編程語言 Fortran 檢查日降雨源數據。對于缺測較多的臺站,我們予以剔除;對于較少缺測或較為異常的值,我們通過鄰近求平均的方法將缺測或異常值替換。經過處理后的沂蒙山區 1971- 2008年日降雨數據滿足研究需要。

    b)  基于空間插值的氣象數據

    氣象數據(經度,緯度,海拔,日降雨量,溫度等)以 1971- 2008 年每日的沂蒙山區氣象臺站觀測數據進行空間內插得到,空間分辨率為 1km 網格(空間分辨率按項目需求),時間分辨率為 1d。使用的插值軟件是由澳大利亞國立大學 Hutchinson 教授開發的 ANUSPLIN4.36,插值過程中主要考慮經緯度及高程信息。該方法對氣象數據的插值效果要明顯優于其他方法。

4.模擬和結果分析

    用 1971- 2008 年日降雨資料通過基于日降雨的月降雨侵蝕力模型計算得出的月降雨侵蝕力進行結果分析。主要用于分析:

    a)  19712008 年沂蒙山區降雨量與降雨侵蝕力的空間分布狀況;

    b)  19712008 年沂蒙山區降雨量與降雨侵蝕力的年際變化;

    c)  19712008 年沂蒙山區降雨量與降雨侵蝕力的年內變化。

2 研究區位置

 

3 沂蒙山區降水量及降雨侵蝕力空間分布

 

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