Erosivity factor in the Universal Soil Loss Equation estimated from Finnish rainfall data

Abstract

Suomessa sade on tärkeä maa-aineksen eroosion aiheuttaja. Sateen eroosiovoima on yksi määräävistä kertoimista USLE-yhtälössä (Universal Soil Loss Equation), joka formuloitiin laajaan havaintoaineistoon perustuen USA:ssa ja jota käytetään edelleen laajalti eroosion arvioinnissa. Sateen erosiivisyyskerroin USLE:ssa perustuu sateen kineettiseen energiaan, joka arvioidaan yksittäisten sadetapahtumien ominaisuuksien avulla. Tällaista sadanta-aineistoa ei ole kuitenkaan saatavilla yhtä laajasti kuin päivittäistä aineistoa. USLE:N ja siihen perustuvien lukuisten eroosiomallien laaja käyttö vaatiikin sateen erosiivisyyden arviointia päivittäisen sadantatiedon avulla. Päivittäisen sadannan ja sateen eroosiovoiman välinen riippuvuus on kuvattu USA:ssa potenssiyhtälönä. Tämän potenssiyhtälön kertoimet eivät ole yleismaailmallisia, vaan riippuvaisia maantieteellisestä sijainnista ja vuodenajasta. Tässä tutkimuksessa arvioitiin Suomessa kahdeksalla havaintoasemalla kerätyn jatkuvan sadanta-aineiston perusteella päivittäisen sadannan ja sateen eroosiovoiman välisen potenssiyhtälön kertoimet. Potenssiyhtälön EI=azb , jossa EI on sateen eroosiovoimaja z on päivittäinen sademäärä, kertoimet estimoitiin logaritmimuunnetusta havaintoaineistosta lineaarisen regression sekä muuntamattomasta aineistosta epälineaarisen algoritmin avulla. Lineaarisesti estimoidun yhtälön eksponentin b havaittiin vastaavan hyvin USA:ssa havaittuja, mutta yhtälön kertoimen a todettiin olevan huomattavasti alhaisemman. Tämä viittaa siihen, että sateiden eroosiovoima on Suomessa selvästi pienempi kuin USA:ssa. Potenssiyhtälön kertoimissa havaittiin selvää ajallista vaihtelua siten, että kesäkuukausien sateiden erosiivisyys oli selvästi muita kuukausia korkeampi. Tämä johtuu todennäköisesti konvektiivisten sateiden suuremmasta osuudesta kesällä muihin vuodenaikoihin verrattuna. Sen sijaan eri havaintoasemien välillä ei havaittu suuria eroja lukuun ottamatta pohjoisinta, Ranualla sijaitsevaa asemaa, missä sateiden erosiivisyys oli selvästi muita asemia pienempi. Tämä johtuu mahdollisesti ukkossateiden vähäisemmästä määrästä Lapissa Etelä- ja Keski-Suomeen verrattuna.

Continuous rainfall data recorded for many years at 8 stations in Finland were used to estimate rainfall erosivity, a quantity needed for soil loss predictions with the Universal Soil Loss Equation (USLE). The obtained erosivity values were then used to determine the 2 parameters of a power-law function describing the relationship between daily precipitation and erosivity. This function is of importance in erosion modeling at locations where no breakpoint rainfall data are available. The parameters of the powerlaw were estimated both by linear regression of the log-transformed data and by non-linear least-square fitting of the original data. Results indicate a considerable seasonal (monthly) variation of the erosivity, whereas the spatial variation over Finland is rather small.