天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉見波在Journal of Hydrology發(fā)表論文“Quantifying the effects of rainfall intensity fluctuation on runoff and soil loss: From indicators to models”，揭示了自然降雨事件降雨強(qiáng)度波動(dòng)特征與坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的定量關(guān)系。
黃土高原是黃河泥沙的主要來源，嚴(yán)重的水土流失引起一系列生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題。降雨是引起黃土高原坡面水土流失的主要驅(qū)動(dòng)力，以往研究通常只關(guān)注于降雨事件發(fā)生的降雨量、歷時(shí)、平均雨強(qiáng)和最大30min雨強(qiáng)等常規(guī)特征對(duì)產(chǎn)流和產(chǎn)沙的影響，忽略了降雨過程中雨強(qiáng)的波動(dòng)特征對(duì)水土流失的影響。隨著氣候變化加劇，導(dǎo)致強(qiáng)降雨事件頻發(fā)，降雨強(qiáng)度波動(dòng)特征的復(fù)雜性成為制約降雨與水土流失關(guān)系研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。為此，本研究在黃土高原地區(qū)開展野外水土流失觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，通過解析降雨事件雨強(qiáng)波動(dòng)過程（圖1），建立了一系列降雨強(qiáng)度波動(dòng)特征指數(shù)，從而量化降雨強(qiáng)度波動(dòng)特征對(duì)水土流失的影響。
圖1 降雨強(qiáng)度過程曲線及雨強(qiáng)波動(dòng)概念框架
結(jié)果表明，黃土高原地區(qū)自然降雨事件具有強(qiáng)烈的雨強(qiáng)波動(dòng)性，約78%的降雨量僅發(fā)生于27%的降雨歷時(shí)內(nèi)。大部分的降雨強(qiáng)度波動(dòng)指數(shù)與坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙均存在顯著相關(guān)性（p<0.05），并且相對(duì)于降雨常規(guī)特征，降雨強(qiáng)度波動(dòng)特征對(duì)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的解釋力更高。其中，降雨峰值平均強(qiáng)度（Iap）和高雨強(qiáng)區(qū)降雨歷時(shí)（RDh）是徑流系數(shù)（RC）的主控因子，高雨強(qiáng)區(qū)平均強(qiáng)度（Iah）和雨強(qiáng)相對(duì)幅度（Ram）是產(chǎn)流系數(shù)（SC）和泥沙濃度（SLC）的主控因子。考慮降雨強(qiáng)度波動(dòng)特征的回歸模型能夠顯著提高降雨對(duì)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的預(yù)測(cè)能力（圖2）。本研究為降雨和水土流失關(guān)系及其影響機(jī)理的深入研究提供了新的方法和科學(xué)依據(jù)。
圖2 徑流系數(shù)（RC）觀測(cè)值和擬合值的比較，RMf表示考慮降雨波動(dòng)回歸模型，
RMo表示不考慮降雨波動(dòng)回歸模型。
該研究由天津師范大學(xué)、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、中國科學(xué)院大學(xué)、澳大利亞莫納什大學(xué)和陜西黃土高原地球關(guān)鍵帶國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站的科研人員合作完成。天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位，劉見波老師為第一作者。該研究工作由國家自然科學(xué)基金（41822103和42041004）、城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（SKLURE2020-2-3）、天津師范大學(xué)博士基金（52XB1910）和中國科學(xué)院青促會(huì)（Y202013）等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127494
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