海南樂(lè)東地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源及災(zāi)害分析

梁麗 豐婷婷 李偉光

（1.海南省樂(lè)東縣氣象局 海南樂(lè)東 572500；2.海南省氣候中心 海南海口 570203；3.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海南海口 570203）

樂(lè)東縣位于海南島西南部，其西北部和東部被高山環(huán)抱，西北部與黎母嶺相鄰，東部與五指山山脈相依，西部面向北部灣，南面與三亞市交界共同面臨南海。樂(lè)東縣屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候[1]，豐富的光溫水資源非常適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。樂(lè)東縣共有耕地4.73 萬(wàn)hm2，分布于北部山坳以及西部沿海平原，種植業(yè)占GDP 比例高達(dá)60.7%[2]，農(nóng)業(yè)為樂(lè)東縣第一支柱產(chǎn)業(yè)，對(duì)財(cái)政增收、人民生活水平提高尤為重要。為利用樂(lè)東地區(qū)冬季相對(duì)充沛的熱量資源，農(nóng)民和新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體開(kāi)始在該區(qū)域種植甜瓜、香蕉、冬季瓜菜、熱帶花卉、南繁制種等投入及產(chǎn)出附加值較高的農(nóng)產(chǎn)品。但由于樂(lè)東縣屬于季風(fēng)氣候，降水、冷空氣等氣象因子年際變率大，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的極端氣候事件頻發(fā)，長(zhǎng)期來(lái)困擾著農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民增收[3-4]。例如，2020 年8 月26 日受華南沿海低壓槽和低層切變線共同影響，樂(lè)東縣出現(xiàn)局地特大暴雨天氣，日雨量254.7 mm，樂(lè)東三防辦統(tǒng)計(jì)抱由鎮(zhèn)農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)2 829 畝（1 hm2=15 畝）。2021年1 月中旬樂(lè)東遭受低溫災(zāi)害，日平均氣溫連續(xù)低于15℃，最低氣溫降至5.3℃，佛羅等地種植的甜瓜裂果嚴(yán)重、滯長(zhǎng)，農(nóng)民損失嚴(yán)重。

掌握樂(lè)東縣農(nóng)業(yè)氣候資源特征，了解影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的極端氣候事件變化趨勢(shì)，對(duì)于制定合理的農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，采取經(jīng)濟(jì)有效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)災(zāi)害防御措施，降低農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害損失具有重要意義[5]。本文利用樂(lè)東國(guó)家氣象觀測(cè)站的氣象資料，分別從溫度和降水農(nóng)業(yè)氣象資源，暴雨、干旱、低溫等氣象災(zāi)害的角度分析其變化規(guī)律，以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選用樂(lè)東縣氣象局氣象觀測(cè)站1962—2020年逐日氣象資料，主要包括氣溫（日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫）、降水量等。蒸散量數(shù)據(jù)來(lái)自蒙大拿大學(xué)數(shù)字陸地動(dòng)態(tài)模擬小組發(fā)布的MOD16 蒸散發(fā)量產(chǎn)品，時(shí)間范圍為2001—2014年，時(shí)間分辨率為月，空間分辨率為1 km，下載地址為 http://www.ntsg.umt.edu/project/mod16。降水、蒸散與徑流水分平衡檢驗(yàn)表明該產(chǎn)品在海南具有較高的準(zhǔn)確性[6-7]。

1.2 方法

1.2.1 趨勢(shì)分析氣象要素的線性?xún)A向率采用Theil-Sen 方法估計(jì)。Theil-Se 估計(jì)較普通最小二乘（OLS）對(duì)數(shù)據(jù)中異常值的容錯(cuò)性更高[8]。計(jì)算式為

式中，n為分析時(shí)段的年數(shù)；Pi和Pj分別表示觀測(cè)站點(diǎn)在第i年和第j年的氣象要素值；S表示該氣象要素的傾向率（unit/a），median 為對(duì)斜率序列取中位數(shù)。S大于0，表示氣象要素值存在增加趨勢(shì)，反之表示減小[9]。

1.2.2 B-G 分割算法B-G 分割算法是由Bernaola-Galván 等[10]提出來(lái)的一種適合非線性、非平穩(wěn)時(shí)間序列突變檢測(cè)的方法。與傳統(tǒng)的突變檢測(cè)方法如MK 突變檢測(cè)法相比，該方法基于t檢驗(yàn)將非平穩(wěn)序列分割成多個(gè)具有不同均值的平穩(wěn)子序列，各子序列表征不同的物理背景，分解得到的各均值段的尺度具有可變性，且不受方法本身的限制，是一種有效檢測(cè)突變的新方法[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫的時(shí)間變化趨勢(shì)

樂(lè)東縣地處熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候長(zhǎng)暖無(wú)冬，一年內(nèi)各月平均氣溫的分布呈單峰型，冬低夏高（圖1-a）。1 月平均氣溫最低，為19.8℃，12 和2 月氣溫次低，分別為20.4、20.9℃；3 月之后平均氣溫迅速升高，至5、6、7 月平均氣溫達(dá)到最高，在27℃以上；隨后氣溫逐月下降。

樂(lè)東縣年平均氣溫在23.3～25.8℃波動(dòng)，且總體上呈上升趨勢(shì)（圖1-b）。B-G 分割算法將1962—2020 年分成了4 個(gè)階段。1962—1978 年平均氣溫最低，在24℃左右；1979—1997 年平均氣溫突然躍升到24.5℃附近；1998—2008 年階段平均氣溫最高，在25℃左右，但變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)。這3 個(gè)階段平均氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而且存在突變性升高，在1998—2008 年平均氣溫達(dá)到最高。隨后2009—2020 年平均氣溫較1998—2008 年略偏低，階段平均氣溫24.7℃，呈現(xiàn)出階段上升趨勢(shì)。

樂(lè)東地區(qū)冬季（12 月到次年2 月）平均氣溫20.3℃，在17.8℃（1963 年）～22.3℃（2019 年）波動(dòng)（圖1-c）。B-G 分割算法將1962—2020 年分割成1962—1978、1979—2020 兩個(gè)階段，第一階段冬季平均氣溫19.5℃，大體趨勢(shì)較為平穩(wěn)；第二階段1979—2020 年冬季平均氣溫躍升到20.6℃，呈上升趨勢(shì)。

熱帶作物對(duì)低溫天氣過(guò)程比較敏感，日最低氣溫、日照、持續(xù)時(shí)間等多種因素影響作物受災(zāi)表現(xiàn)[12]，綜合考慮到極端低溫災(zāi)害出現(xiàn)的隨機(jī)性與代表性，選擇日平均氣溫低于15℃的日數(shù)分析低溫災(zāi)害趨勢(shì)。1962—2020 年間樂(lè)東地區(qū)一年內(nèi)日平均氣溫低于15℃的日數(shù)平均為3.6 d。B-G 法將低溫日數(shù)序列同樣分割為兩段（圖1-d），分割點(diǎn)與年平均氣溫的第一階段、冬季平均氣溫的分割點(diǎn)一致，為1978、1979 年。在1962 到1978 年階段，低溫日數(shù)平均為6.1 d，1979—2020 年平均為2.7 d，兩個(gè)階段差相差3.4 d。低溫日數(shù)變化趨勢(shì)在1978 年前是上升的，而1979—2020 年低溫日數(shù)相對(duì)平穩(wěn)。

2.2 降水的時(shí)間變化趨勢(shì)

樂(lè)東地區(qū)年內(nèi)降水分布與氣溫相似，呈單峰型。冬季降水量較少，月平均降水量不足20.0 mm；6—8 月降水量最大，普遍在200 mm 以上，8 月降水量達(dá)到最大值，平均為356.9 mm（圖2-a）。從降水過(guò)程來(lái)看，樂(lè)東地區(qū)80%以上的降水量不僅集中于雨季，而且往往集中于雨季的幾場(chǎng)大雨中。

樂(lè)東年平均降水量1 590.6 mm，屬于濕潤(rùn)地區(qū)，但受季風(fēng)氣候影響，年際降水波動(dòng)大，年降水量平均相對(duì)變率約為21%。降水量最大的年份年降水量高達(dá)2 509.0 mm（1991 年），降水量最少的年份僅有1 054.0 mm（1969 年），年平均降水量最大值是最小值的2 倍以上。從長(zhǎng)期趨勢(shì)來(lái)看，樂(lè)東年降水量沒(méi)有明顯階段差異，1962—2020 年降水量總體呈增加趨勢(shì)，但趨勢(shì)不顯著（圖2-b）。

2.3 實(shí)際蒸散量的時(shí)間變化趨勢(shì)

實(shí)際蒸散量反映的是一個(gè)地區(qū)植被需水量，2001—2014 年多年逐月平均實(shí)際蒸散量呈現(xiàn)單峰型分布（圖3-a），與逐月平均氣溫及逐月降水量變化相近，年內(nèi)蒸散量冬季低而夏季高；4—10月份蒸散占全年67%以上。與氣溫和降水不同的是，冬季與夏季蒸散量的差距較小，月蒸散量最大的4—10 月，蒸散量在100 mm 以上；而蒸散量最低的12—2 月也在60～70 mm。蒸散量上升到高峰時(shí)間比氣溫到達(dá)高峰時(shí)段約滯后1 個(gè)月，而比降水提前1 個(gè)月。產(chǎn)生此現(xiàn)象其根本原因是樂(lè)東縣冬季（12 月至次年2 月）天氣寒冷，氣溫及降水均較低，植被落葉，不利于蒸散；隨后氣溫上升，植被開(kāi)始抽發(fā)新葉快速生長(zhǎng)，蒸散量增大，而此時(shí)季風(fēng)尚未攜帶濕潤(rùn)的空氣到達(dá)；4 月溫度開(kāi)始上升、降水量增加，植被蒸散量逐漸到達(dá)高峰時(shí)期。一般從5 月開(kāi)始，溫度、降水開(kāi)始較為充足，能夠?yàn)橹脖徽羯⑻峁┯欣麠l件。10 月后氣溫及降水開(kāi)始降低，植被葉片逐漸進(jìn)入老化期，活力減弱，蒸散量開(kāi)始減小。

降水充沛月（月降水量大于同期月平均蒸散量）的比例統(tǒng)計(jì)[6]（圖3-b）表明，降水充沛月比例變化趨勢(shì)與多年逐月降水量趨勢(shì)相似，同樣具有明顯的季節(jié)性特征，5—10 月降水充沛月比例均在60%以上，說(shuō)明此時(shí)間段水資源充沛，天氣濕潤(rùn)；而12 月、1—3 月在5%以下，自然降水不能夠滿足植被生長(zhǎng)需要。冬春季節(jié)，樂(lè)東縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)通常需要灌溉，如果秋季降水偏少，水庫(kù)蓄水不足，則容易發(fā)生冬春干旱。

2.4 SPEI 干旱指數(shù)的時(shí)間演化趨勢(shì)

氣象學(xué)中通常用干旱指數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)干旱事件，SPEI 指數(shù)能夠反映降水異常及溫度對(duì)干旱的影響。SPEI 指數(shù)反映的是降水與潛在蒸散發(fā)差值在歷史上的排位，不同時(shí)間尺度的SPEI 反映不同時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)降水滿足蒸散發(fā)的狀況，既可以反映短期內(nèi)土壤水分的動(dòng)態(tài)變化，又可以反映長(zhǎng)期水資源的趨勢(shì)[13-14]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，樂(lè)東縣干旱以冬春干旱為主，少部為秋旱，夏旱極少。通過(guò)分析1962—2020 年樂(lè)東縣不同時(shí)間尺度（3、6、12 個(gè)月）的SPEI 指數(shù)（圖4）發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)間尺度不同年代干旱事件發(fā)生累計(jì)頻次亦不同。3 個(gè)月時(shí)間尺度SPEI 波動(dòng)較為頻繁，表現(xiàn)出較明顯的季節(jié)性變化特征，顯示樂(lè)東縣59 年來(lái)幾乎年年都出現(xiàn)干旱，而6 和12 個(gè)月時(shí)間尺度的SPEI 波動(dòng)頻率相對(duì)較小，具有明顯的年際及年代際振蕩特征。

2004 年9 月30 日至2005 年2 月27 日樂(lè)東縣出現(xiàn)連續(xù)151 d 的秋冬春特大干旱，2005 年3月7 日至5 月27 日樂(lè)東縣發(fā)生82 d 的嚴(yán)重春旱，給樂(lè)東縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成一定的災(zāi)害影響。2004 年10—12 月樂(lè)東縣降水持續(xù)異常偏少，3 個(gè)月的SPEI 指數(shù)下降明顯，干旱開(kāi)始發(fā)生；6、12 個(gè)月的SPEI 指數(shù)也隨后下降；2005 年的6、12 個(gè)月的SPEI 指數(shù)有非常低的時(shí)段。由于樂(lè)東縣冬春農(nóng)業(yè)用水主要依靠水庫(kù)蓄水和地下水，長(zhǎng)時(shí)間尺度（6、12 個(gè)月）的SPEI 指數(shù)可反映春季旱情。結(jié)合多次旱情資料分析結(jié)果表明，在樂(lè)東縣濕潤(rùn)季節(jié)（5—10 月）3 個(gè)月的SPEI 值更能反映出短期降水缺乏帶來(lái)的干旱，這個(gè)階段水庫(kù)蓄水相對(duì)充足，干旱帶來(lái)的危害損失較小；而在氣溫稍低、相對(duì)干燥的季節(jié)（11 月至次年4 月），降水較少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更依賴(lài)水庫(kù)蓄水，在這個(gè)季節(jié)6、12 個(gè)月時(shí)間尺度的SPEI 值更能反映水庫(kù)蓄水偏少帶來(lái)的干旱危害。

2.5 暴雨日數(shù)及最大暴雨量的時(shí)間變化趨勢(shì)

樂(lè)東縣暴雨日數(shù)統(tǒng)計(jì)表明，暴雨（日降水量大于50 mm）平均每年有6.5 d，超過(guò)平均天數(shù)的年份有23 年，占44%，其中1964、1978、1991、1994、2001、2002、2008、2016 年暴雨日數(shù)在10 d以上，分別為11、13、16、11、13、11、11、10 d。1968 年暴雨日數(shù)最少，僅有1 d。從逐年暴雨（日降水量大于50 mm）日數(shù)（圖5-a）及最大暴雨量（圖5-b）變化趨勢(shì)來(lái)看，兩者均呈略微增加趨勢(shì)，但是趨勢(shì)不明顯，B-G 分割也沒(méi)有階段差異。

3 討論與結(jié)論

樂(lè)東地區(qū)受熱帶季風(fēng)影響，雨熱同季，冬季氣溫、降水、蒸散量較低，而夏季三者較高。從長(zhǎng)期變化趨勢(shì)來(lái)看，年平均氣溫、冬季平均氣溫和日平均氣溫低于15℃的低溫日數(shù)具有明顯的階段趨勢(shì)，1962—1978 年屬于氣溫偏低的階段，隨后氣溫上升，冬季平均氣溫也隨之上升，低溫日數(shù)減少。年降水量平均在1 590.6 mm，年際變率較大，年平均降水量最大值比最小值多一倍以上；但是降水、暴雨日數(shù)和年內(nèi)暴雨最大降水量沒(méi)有明顯的階段性差異，變化趨勢(shì)不明顯。

降水充沛月比例說(shuō)明，每年5—10 月樂(lè)東地區(qū)降水充沛，在大多數(shù)年份能夠滿足植被生長(zhǎng)需求；而12 月至次年4 月，僅依靠自然降水往往不能滿足植被需求，需要灌溉。在前一年秋季降水偏少的年份和當(dāng)年雨季開(kāi)始偏晚的年份，水庫(kù)蓄水不能滿足灌溉需要，容易發(fā)生冬春連旱?？梢愿鶕?jù)6、12 個(gè)月時(shí)間尺度的SPEI 干旱指數(shù)監(jiān)測(cè)秋季降水偏少程度，提前合理規(guī)劃冬季種植的作物品種，做好水庫(kù)用水調(diào)度，以減輕干旱對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)的影響。

通過(guò)以上分析得知，伴隨著全球變暖，樂(lè)東縣平均氣溫升高，尤其是冬季平均溫度升高較為明顯，氣溫低于15℃的日數(shù)減少，這種趨勢(shì)將減少農(nóng)作物冬季低溫危害的風(fēng)險(xiǎn)。配合大棚、地膜覆蓋等栽培措施，樂(lè)東地區(qū)可進(jìn)一步發(fā)揮反季節(jié)作物種植的熱量?jī)?yōu)勢(shì)，擴(kuò)大熱帶作物引種試種種類(lèi)[14]。樂(lè)東12 月到來(lái)年4 月降水不能滿足作物需水要求，農(nóng)作物生長(zhǎng)主要依靠水庫(kù)、地下水灌溉。種植經(jīng)濟(jì)效益較高的反季節(jié)作物，需要考察地塊的灌溉用水保障情況。暴雨、大風(fēng)等極端氣象災(zāi)害沒(méi)有明顯的年代際變化，且年內(nèi)分布時(shí)段較為穩(wěn)定，可以通過(guò)選擇種植時(shí)段減輕或避開(kāi)這類(lèi)危險(xiǎn)。