淺析海南島1956—2016年系列降水量變化特征

符秋菊，邢僑芬，林振豪

(海南省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，海南 ?？?570203)

降水時空分布直接影響淡水資源供給和生態(tài)系統(tǒng)，與洪水、干旱等災(zāi)害具有密切聯(lián)系。目前，我國水資源保護問題突出，水安全已上升為國家戰(zhàn)略，準(zhǔn)確掌控降水時空分布特征對今后水資源規(guī)劃、重大水利工程建設(shè)、落實最嚴(yán)格水資源管理制度、促進水生態(tài)文明建設(shè)等具有極其重要指導(dǎo)意義。然而，近年來受氣候變化和人類活動等影響，我國水資源情勢呈現(xiàn)新的變化，水安全面臨新老水問題交織的嚴(yán)峻形勢，在強化水資源管控提出一系列新的任務(wù)要求的背景下，繼第二次水資源調(diào)查評價后，關(guān)于海南島區(qū)域降水量變化的特征分析研究較少。本文在第二次、第三次水資源調(diào)查評價收集的降水實測數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)上，對海南島1956—2016年系列降水量變化趨勢進行分析。

1 基本資料

本文降水量分析評價范圍為海南島(不含三沙市)，共18個市縣，總面積3.42萬km2。目前，海南島水文部門設(shè)立的雨量站共有200多處，大多數(shù)在20世紀(jì)60至70年代設(shè)站，實測系列資料多數(shù)在40年左右；于1970年之前設(shè)立雨量站有160處，但實測系列長度大于或等于46年僅105處。收集雨量站基本資料主要來自海南省水文水資源勘測局，對一些質(zhì)量較好的水庫站觀測的資料也進行搜集，同時結(jié)合國家氣象站(中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng))的觀測站點數(shù)據(jù)，對一些系列不夠長、數(shù)據(jù)站點有缺測等信息不完整的雨量站數(shù)據(jù)進行插補延長。

2 站點選擇原則及系列長度

2.1 站點選擇原則

本文對海南島降水量分析評價選用的雨量站具有以下幾點原則：①優(yōu)先選取資料系列較長的雨量站；②在全面收集資料的基礎(chǔ)上，滿足按評價分區(qū)和匯總單元面上分布均勻的要求；③在同一地區(qū)臨近有多個滿足要求的雨量站，選擇系列更長、測量精度更高、代表性更好的雨量站。按上述雨量站選擇原則，對評價范圍選用雨量站共131個，平均站點密度為每站261km2。

2.2 系列長度

本文對海南島降水量變化特征分析，統(tǒng)一采用1956—2016年同步期系列，凡實測雨量資料不足1956—2016年同步期的，一律插補延長至同步期，使其成為連續(xù)系列；同步期以外的缺測年份，一般不作插補延長；單站雨量站統(tǒng)計和分析精度至逐月。

根據(jù)統(tǒng)計，雨量資料系列統(tǒng)一采用1956—2016年，共7991站年，插補延長1159站年(其中，1956—2000年系列插補為1136站年，2001—2016年系列插補為23站年)，插補延長占總站年數(shù)的14.5%。

3 相關(guān)說明

對海南島1956—2016年系列長度降水量變化趨勢分析時，采用131個站點，通用ARCGIS軟件中泰森多邊形法得出逐年系列降水量，按照計算多年平均值、3a滑動平均和累積距平等方法進行統(tǒng)計分析年際變化。對海南島年內(nèi)分配分析時，在131個站點基礎(chǔ)上挑選出系列長度較好、分布較均勻的28個代表站點，進行統(tǒng)計分析。其中，在四季的劃分采用氣象部門規(guī)定，即12月—次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季。在汛期和非汛期劃分采用海南省防汛防風(fēng)防旱指揮部公布時段，汛期為5—10月，非汛期為11月—次年4月。

4 降水量時空分布

4.1 年內(nèi)分配和年際變化

4.1.1降水量年內(nèi)分配

按月降水量來看，海南島地區(qū)1956—2016年多年月均降水量柱狀圖如圖1所示。由該圖可知：年內(nèi)降水分布極為不均，9月平均降水最多，占年均降水量的17.8%，其值為315.9mm。1月降水量最少，為20.7mm，僅占年均降水量的1.2%。

圖1 海南島1956—2016年多年月均降水量

按季節(jié)統(tǒng)計來看，春季的降水量占全年降水量的5.8%，其值為102.3mm。夏季占全年降水量的13.6%，其值為241.0mm。秋季占全年降水量的12.4%，其值為219.5mm。冬季占全年降水量的1.6%，其值為27.9mm。

按汛期、非汛期統(tǒng)計來看，汛期降水量占年降水量的74.8%～90.8%。連續(xù)最大4個月占全年降水量的55.2%～69.0%，主要出現(xiàn)7—10月，部分為6—9月。非汛期是海南島的旱季，占年降水量的9.2%～25.2%，其中12月—次年3月占全年降水量的3.35%～10.70%。

4.1.2降水量年際變化

選用的131個雨量站點，插補延長至系列長度一致后，采用ARCGIS軟件中泰森多邊形法，對海南島1956—2016年系列長度降水量進行計算，同時繪制出年降水量和3a滑動平均曲線，如圖2所示。結(jié)果顯示：海南島多年平均降水量為1817.4mm，折合年降水量為621.5億m3，年最大降水量為2334.1mm(1978年)，年最小降水量為1142.9mm(1977年)；年最大與年最小降水量比值為2.04，最大年降水量為多年平均值的1.28倍，最小年降水量為多年平均降水量的62.9%。

圖2 海南島1956—2016年降水趨勢變化

海南島降水量年際變化大，豐水年(P=20%)降水量為2056.4mm，平水年(P=50%)降水量為1802.0mm，枯水年(P=90%)降水量為1456.2mm。海南島整體年降水量處于波動狀態(tài)，整體呈遞增趨勢，遞增率為35mm/10a。

累積距平更好地呈現(xiàn)了降水量年際變化的階段性，本文對海南島地區(qū)1956—2016年系列降水量繪制累積距平圖，如圖3所示。由圖可知，海南島降水量可分為如下6個階段：1956—1966年，該時段為降水量波動時期，降水量基本正常；1967—1971年，該時段為降水量減少時期；1972—1982年，該時段為降水量波動時期，降水量基本正常；1983—1999年，該時段為曲線趨勢下降，該時間段內(nèi)降水量減少；2000—2006年該時段后降水量出現(xiàn)短暫增多，緊接著又出現(xiàn)下降趨勢，2006年達(dá)到近60年的最小值，累積距平為-2188.6mm；2006—2016年，曲線趨勢上升，該時間段內(nèi)降水量增加，2013年達(dá)到近60年的最大值，累積距平為-51.1mm。

圖3

4.2 地區(qū)分布

海南島地處熱帶低緯地區(qū)，屬熱帶季風(fēng)氣候，由于四面環(huán)海，同時受夏季風(fēng)和熱帶氣旋影響，水汽來源充足，降雨量充沛。海南島1956—2016年、1980—2016年兩個系列多年平均降水量分別為1817.4、1844.4mm，年降水量呈環(huán)狀分布，在空間上變化總的趨勢是由中部山區(qū)向四周沿海遞減，呈東南高西北低的趨勢。

兩個系列長度繪制出降水量等值線總體上走勢基本一致，如圖4—5所示，等值線數(shù)值變化范圍在1000～2600mm，東南部地區(qū)等值線的變化范圍在1400～2600mm，西北部地區(qū)等值線的變化范圍在1000～1800mm。

選用兩個系列長度年降水量繪制等值線圖可知，1980—2016年系列年降水量均值等值線往海南島西北部細(xì)微的偏移，說明西北部沿海地區(qū)降水量呈減少趨勢，東南部沿海地區(qū)降水量呈增加趨勢。

4.3 降水量變化趨勢

據(jù)上述采用泰森多邊形法計算，海南島多年平均降水量為1817.4mm，降水量的年際變化大，豐枯懸殊。通過對1956—2016年、1956—2000年、1980—2016年、2001—2016年4個階段降水量的統(tǒng)計，系列長度大于30年，見表1。4個階段序列年均降水量分別為1817.4、1785.2、1844.4、1908.0mm，年際變化均呈增加趨勢，在2000年之前增大的趨勢相對較小，這一趨勢在2000年之后變得尤其明顯。

圖4

圖5

表1 海南島不同系列長度年降水量特征值

5 結(jié)語

海南島降水量整體呈上升的變化趨勢，但存在年內(nèi)年際、時空分布不均特性，為解決海島型季節(jié)性、區(qū)域性缺水問題，既需要建設(shè)攔蓄工程蓄洪補枯，也需要建設(shè)跨流域調(diào)水工程引水補源。只有將海南島作為一個“生態(tài)大城市”進行統(tǒng)籌規(guī)劃，優(yōu)化全島水系連通格局，形成上引下蓄、分洪入庫、長藤結(jié)瓜的環(huán)島扇形水網(wǎng)，提高整體防洪排澇抗旱能力，從根本上解決工程性及區(qū)域性缺水狀況，保障水環(huán)境水生態(tài)質(zhì)量，滿足區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護對水資源的需求，為海南自由貿(mào)易港、生態(tài)文明試驗區(qū)和國際旅游島建設(shè)提供水利支撐。