黃土高原風蝕區(qū)主要風沙點氣候變化特征分析

黃土高原風蝕區(qū)主要風沙點氣候變化特征分析

生產(chǎn)力和風速是洛杉磯高原土壤侵蝕的主要動力。在黃土高原的西部地區(qū)和北部地區(qū)由于氣象條件和土壤狀況等因素的影響,土壤風蝕較為嚴重,特別是在黃土高原北部水蝕風蝕交錯帶侵蝕最為嚴重,其原因是土壤侵蝕全年進行,水蝕與風蝕相互交替,相互促進和迭加。風是土壤風蝕強度的決定動力因素。目前研究認為全國幾乎所有地區(qū)的風速都在減小,特別是在西北地區(qū)及冬春兩季最為明顯,而年內(nèi)風速差異也導致風蝕強度變化較大,冬春地表植被覆蓋低值期與降水低值期同步,較大的風速可以引起和加劇風蝕。農(nóng)田土壤的風蝕量與風速之間呈指數(shù)函數(shù)的變化規(guī)律。而近地面風速和氣象站風速可以根據(jù)公式進行轉(zhuǎn)換。本研究選用黃土高原風蝕區(qū)氣象站觀測風速資料,分析風速的區(qū)域分異與時間變化特征,以期更好地認識該區(qū)風蝕因子的變化。1數(shù)據(jù)和方法1.1地面風速日值站點選取黃土高原風蝕區(qū)主要位于神池、興縣、綏德、慶陽、固原一線以北,賀蘭山以東,陰山以南地區(qū),在干旱和半干旱氣候下植被覆蓋低,土壤沙性較大,土壤干燥,易遭受風蝕。本文選取了黃土高原風蝕地區(qū)具有代表性的12個站點,1957—2009年地面氣象站地面風速日值資料,站點分別為綏德、橫山、鹽池、榆林、固原、河曲、西峰、包頭、銀川、呼和浩特、靖遠和延安。由于風速資料缺測限制,選用1972—2009年最大風速日值資料分析最大風速和起沙日的變化規(guī)律。據(jù)資料,當日最大風速(10min內(nèi)的最大風速)大于6m/s時認為當天為起沙日(DTS)。1.2年際變化的數(shù)據(jù)分析運用統(tǒng)計分析軟件分析研究區(qū)平均風速和最大風速的年際變化和年內(nèi)變化,并分析各地區(qū)起沙日的變化規(guī)律,采用非參數(shù)統(tǒng)計Mann—Kendall方法(簡稱M—K方法)分析各站點多年平均風速的變化趨勢。M—K方法是提取序列變化趨勢的有效工具,被廣泛應用于氣候和水文序列的分析。它是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法,不需要樣本遵從正態(tài)分布,不受少數(shù)異常值的干擾,適用于類型變量和順序變量。分析計算采用Hydrospect(version2.0)軟件進行平均風速年際變化趨勢分析。在α=0.05水平下,如果序列的M—K值的絕對值大于1.96,則該序列在此水平下呈現(xiàn)顯著性變化趨勢;當M—K值是正值時序列呈現(xiàn)上升或增加的趨勢,是負值時則呈現(xiàn)下降或減少的趨勢。2結果分析2.1月份平均風速研究區(qū)內(nèi)年平均風速變化于1.2～2.7m/s,有從東向西、從南向北逐漸增大的趨勢。最大年風速和最小年風速分布與年平均風速分布具有相似規(guī)律(表1)。最大出現(xiàn)在西北部的固原、鹽池地區(qū),最小值出現(xiàn)在黃河沿岸的河曲、延安等地,只有位于西部的靖遠年平均風速明顯偏小。在空間分布分析的基礎上,選取具有代表性的6個站點來分析年內(nèi)平均風速的變化規(guī)律,通過對站點年內(nèi)平均風速旬值變化(圖1)分析表明,延安平均風速年內(nèi)變化差異不大,其它各站4月中下旬平均風速最大,1月上旬和中旬平均風速最小。西北部的鹽池平均風速最大,東部地區(qū)河曲的平均風速最小。2.2平均風速的年域變化特征2.2.1序列增加趨勢通過對研究區(qū)1957—2009年年平均風速的趨勢分析和線性擬合分析表明(表2),綏德、銀川和靖遠M—K值都大于0,表明序列呈現(xiàn)增加趨勢;綏德和銀川的年平均風速在0.01水平下增長趨勢顯著,靖遠在0.05水平下則增加趨勢不顯著。其它各站的M—K值都小于0,都呈現(xiàn)降低趨勢。呼和浩特、橫山和榆林沒有達到0.05的顯著水平。固原、河曲、西峰、延安、鹽池和包頭站都達到了0.01的顯著性水平,減低趨勢顯著(如圖2所示)。2.2.2各站位對比特征通過繪制年平均風速距平累積曲線,研究區(qū)6個代表站點的1957—2009年差距累積變化過程圖(圖3),表明各個站點有著明顯的階段性變化特征,但不同地區(qū)其階段性特征各有差異,特別是銀川站。根據(jù)參考文獻的方法,將研究區(qū)平均風速年際變化過程分為3個階段見表3。2.3風速修正2.3.1最大風速與沙門山站通過對黃土高原風蝕區(qū)的6個代表站年最大風速線性擬合(圖4),結果表明各個站點年最大風速都呈現(xiàn)降低的趨勢,除河曲外其余站點在α=0.01水平下降低趨勢顯著,但是最大風速都大于起沙風速6m/s,存在著風蝕潛力;延安和河曲的年最大風速最低,銀川的年最大風速最大,其它站之間年最大風速差異并不明顯。2.3.2月最大風速極大值分析多年最大風速年內(nèi)變化(圖5),結果表明延安最大風速極大值出現(xiàn)在6月上旬,其余站點的月最大風速極大值在4月中下旬出現(xiàn),而在11月下旬又出現(xiàn)一個高峰值。銀川的風速最大,延安站風速低于其它站點風速,5—11月期間固原、鹽池等5站之間月最大風速差異不明顯。2.4起沙日期和起沙天數(shù)表4表明位于西部的固原和北部的橫山、綏德、呼和浩特的起沙日數(shù)最多,延安和西峰的起沙日數(shù)較小,其它各站的年均起沙日數(shù)相差不大;研究區(qū)4,5月份起沙日數(shù)出現(xiàn)次數(shù)最多。3年平均風速和風蝕(1)對1957—2009年間黃土高原風蝕區(qū)年平均風速分析表明,研究區(qū)內(nèi)年平均風速整體上有從東向西、從南向北逐漸增大的趨勢,最大出現(xiàn)在西北部的固原、鹽池地區(qū),最小值出現(xiàn)在黃河沿岸的河曲地區(qū)。通過對研究區(qū)代表站點年內(nèi)變化的研究表明,研究區(qū)年內(nèi)平均風速最大值出現(xiàn)在4月中下旬,延安站年內(nèi)變化不明顯。在1957—2009年間靖遠、銀川和綏德的年平均風速呈現(xiàn)出增長的趨勢;呼和浩特、橫山和榆林站降低趨勢不顯著,包頭、鹽池、河曲、固原和西峰在α=0.05水平下都呈現(xiàn)顯著性降低的趨勢。風速降低主要是由于冬、夏季風減弱,從而會影響黃土高原未來的風蝕狀況。研究區(qū)站點有著明顯階段性變化,根據(jù)距平累積曲線可將研究時段分為低風速期、平穩(wěn)期和高風速期。(2)對研究區(qū)站點最大風速分析表明,研究區(qū)代表站點最大風速呈現(xiàn)降低趨勢,但都大于起沙風速6m/s。雖然各個地區(qū)的年平均風速都呈現(xiàn)出降低的趨勢,但是最大風速對研究區(qū)風蝕有著重要的影響。研究區(qū)北部和西部地區(qū)的旱地農(nóng)業(yè)主要以一年一熟為主,而且最大風速的最大值出現(xiàn)在4月份,此時農(nóng)田地表覆蓋較低,加之降雨較少,易受風蝕危