资源科学 ›› 2018, Vol. 40 ›› Issue (8): 1622-1633.doi: 10.18402/resci.2018.08.12
收稿日期:
2017-11-15
修回日期:
2018-02-27
出版日期:
2018-08-25
发布日期:
2018-08-10
作者简介:
作者简介:马小晴,女,吉林白山人,硕士生,主要从事降雨侵蚀力研究。E-mail:
基金资助:
Xiaoqing MA1,2(), Mingguo ZHENG1(
)
Received:
2017-11-15
Revised:
2018-02-27
Online:
2018-08-25
Published:
2018-08-10
摘要:
降雨侵蚀力因子(R)的准确估算对提高侵蚀预测的精度具有重要作用,但R的计算需要高时间分辨率的降雨过程资料。基于日、月、年降雨资料,目前已开发了众多的R值简易计算模型(PR)。本文通过Meng’s检验比较了不同PR模型结果与R的相关性是否存在显著性差异,并以此为基础评估了国内外15种PR模型在中国东部地区的适用性。结果表明,15种PR模型计算结果与R均显著相关(r >0.59,p<0.03),表明这些方法均适用于中国东部地区,但由于存在系统偏差,许多模型需要按文中建立的回归关系式校正后得到更优的估算结果。相关系数的统计学比较表明,日降雨PR模型的计算结果与R相关性明显优于年和月降雨模型,而年和月降雨模型差异不明显。所有模型中,3种基于中国数据(包括国内最常用的章文波模型和第一次全国水利普查采用的模型)和1种基于澳大利亚数据建立的日降雨PR模型的相关性并列处于最高等级(r >0.99),但该澳大利亚模型的计算偏差随纬度增高而变大,章文波模型也存在约30%的系统误差,两者校正后使用能获得更好的效果;第一次全国水利普查采用的模型则可以直接用于R的估算,不需要进行校正处理。论文最终给出了获取不同时间分辨率降雨资料时建议使用的PR模型。
马小晴, 郑明国. 基于统计检验的降雨侵蚀力简易计算模型比较[J]. 资源科学, 2018, 40(8): 1622-1633.
Xiaoqing MA, Mingguo ZHENG. Statistical evaluation of proxies for the R factor of the Universal Soil Loss Equation[J]. Resources Science, 2018, 40(8): 1622-1633.
表1
降雨侵蚀力简易计算模型"
方程 | 建模地区 | 参考文献编号 | 变量说明 | ||
---|---|---|---|---|---|
年降雨量资料 | PRi表示第i个降雨侵蚀力简易计算方法; ARi、MRj和HMRk (MJ·mm/(hm2·h·a))分别表示第i年,第j月和第k个半月的降雨侵蚀力值; pj、pa、pi、p和MAP(mm)分别表示第j月的降雨量,年降雨量,第i月的年平均降雨量,最高的月平均降雨量以及年平均雨量; rain10(mm)表示一个月中日降雨量超过10mm的月降雨量,day10表示一个月中日降雨量超过10mm的天数; Pd>12.7(12, 0)(mm)表示大于12.7mm(或12mm或0mm)的日降雨量; Pdmax(mm)表示多年平均的最大日降雨量; H(m)和L分别表示站点的高程和以十进制为单位的 纬度; S(mm)表示多年平均的雨季降雨量(对于北半球区域为5—9月的降雨量,对于南半球区域为11—4月的降雨量); α、β、和η表示模型计算的参数,这些参数针对某一固定的站点为常量; F、MFI分别表示Fournier指数和修正的Fournier指数。 | ||||
PR1=0.048 30MAP1.610 (P<850mm) PR1=587.8-1.219 MAP+0.004105 MAP 2 (P ≥ 850mm) | 美国 | [10] | |||
PR2=699.3+7.000 1 MAP-2.719 0H | 美国 | [11] | |||
月降雨量资料 | |||||
美国 | [12] | ||||
PR4=0.073 97 MFI1.847 (MFI<55mm) PR4=95.77-6.081MFI+0.477 0MFI2 (MFI ≥ 55mm) | 美国 | [10] | |||
PR5=21.56MFI0.927 | 西班牙 | [2] | |||
PR6=25.1F | 西班牙 | [13] | |||
PR7=0.358 9MFI1.9462 | 中国 | [14] | |||
中国 | [15] | ||||
日降雨量资料 | |||||
马来西亚 | [16] | ||||
马来西亚 | [16] | ||||
中国 | [17] | ||||
中国 | [18] | ||||
中国 | [19] | ||||
澳大利亚 | [20] | ||||
澳大利亚 | [21] |
表2
研究区气象站点基本信息"
省份 | 名称 | 经度/°E | 纬度/°N | 高程/m | 降雨资料年数/a | R/(MJ·mm/(hm2·h·a)) |
---|---|---|---|---|---|---|
黑龙江 | 嫩江 | 125.13 | 49.10 | 222.3 | 30 | 1 368.7 |
通河 | 128.44 | 45.58 | 108.6 | 38 | 1 632.5 | |
山西 | 五寨 | 111.49 | 38.55 | 1 401.0 | 30 | 781.9 |
阳城 | 112.24 | 35.29 | 659.5 | 30 | 1 503.3 | |
陕西 | 绥德 | 110.13 | 37.30 | 929.7 | 29 | 992.8 |
延安 | 109.30 | 36.36 | 958.5 | 39 | 1 233.7 | |
四川 | 西昌 | 102.16 | 27.53 | 1 590.9 | 40 | 3 021.0 |
遂宁 | 105.35 | 30.30 | 278.2 | 33 | 4 091.3 | |
湖北 | 房县 | 110.46 | 32.02 | 426.9 | 31 | 2 298.4 |
黄石 | 115.03 | 30.15 | 19.6 | 32 | 6 049.4 | |
云南 | 腾冲 | 98.30 | 25.01 | 1 654.6 | 36 | 3 648.9 |
昆明 | 102.41 | 25.01 | 1 892.4 | 33 | 3 479.0 | |
福建 | 福州 | 119.17 | 26.05 | 84.0 | 39 | 5 871.1 |
长汀 | 116.22 | 25.51 | 310.0 | 31 | 8 258.5 |
表3
PR模型估算R值的平均相对误差、均方根误差和纳什效率系数"
PRi | 直接估算 | 修正后估算 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
MRE | RMSE | NSE | MRE | RMSE | NSE | ||
/% | /(MJ·mm/(hm2·h·a)) | /% | /(MJ·mm/(hm2·h·a)) | ||||
PR1 | 29.0 | 1 287 | 0.65 | 31.8 | 1 183 | 0.70 | |
PR2 | 174.3 | 4 122 | -2.60 | 15.9 | 775 | 0.87 | |
PR3 | 32.5 | 1 459 | 0.55 | 29.9 | 1 102 | 0.74 | |
PR4 | 147.0 | 5 819 | -6.18 | 32.7 | 1 262 | 0.66 | |
PR5 | 31.0 | 2 128 | 0.04 | 26.6 | 1 195 | 0.70 | |
PR6 | 57.5 | 2 978 | -0.88 | 54.9 | 1 755 | 0.35 | |
PR7 | 58.8 | 2 438 | -0.26 | 31.7 | 1 253 | 0.67 | |
PR8 | 17.7 | 895 | 0.83 | 15.2 | 816 | 0.86 | |
PR9 | 96.8 | 2 396 | -0.22 | 13.1 | 703 | 0.90 | |
PR10 | 29.2 | 1 457 | 0.55 | 12.9 | 454 | 0.96 | |
PR11 | 31.7 | 1 314 | 0.63 | 10.6 | 316 | 0.98 | |
PR12 | 35.5 | 1 550 | 0.49 | 11.0 | 299 | 0.98 | |
PR13 | 12.5 | 376 | 0.97 | 9.7 | 351 | 0.97 | |
PR14 | 49.9 | 1 294 | 0.65 | 18.7 | 1 103 | 0.74 | |
PR15 | 28.2 | 698 | 0.90 | 14.1 | 361 | 0.97 | |
均值 | 55.4 | 2 014 | -0.26 | 21.9 | 862 | 0.80 |
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