海南乐东地区农业气候资源及灾害分析

梁丽 丰婷婷 李伟光

（1.海南省乐东县气象局 海南乐东 572500；2.海南省气候中心 海南海口 570203；3.海南省南海气象防灾减灾重点实验室 海南海口 570203）

乐东县位于海南岛西南部，其西北部和东部被高山环抱，西北部与黎母岭相邻，东部与五指山山脉相依，西部面向北部湾，南面与三亚市交界共同面临南海。乐东县属于热带海洋性季风气候[1]，丰富的光温水资源非常适宜农业生产。乐东县共有耕地4.73 万hm2，分布于北部山坳以及西部沿海平原，种植业占GDP 比例高达60.7%[2]，农业为乐东县第一支柱产业，对财政增收、人民生活水平提高尤为重要。为利用乐东地区冬季相对充沛的热量资源，农民和新型农业经营主体开始在该区域种植甜瓜、香蕉、冬季瓜菜、热带花卉、南繁制种等投入及产出附加值较高的农产品。但由于乐东县属于季风气候，降水、冷空气等气象因子年际变率大，影响农业生产的极端气候事件频发，长期来困扰着农业发展、农民增收[3-4]。例如，2020 年8 月26 日受华南沿海低压槽和低层切变线共同影响，乐东县出现局地特大暴雨天气，日雨量254.7 mm，乐东三防办统计抱由镇农作物受灾面积达2 829 亩（1 hm2=15 亩）。2021年1 月中旬乐东遭受低温灾害，日平均气温连续低于15℃，最低气温降至5.3℃，佛罗等地种植的甜瓜裂果严重、滞长，农民损失严重。

掌握乐东县农业气候资源特征，了解影响农业生产的极端气候事件变化趋势，对于制定合理的农业发展规划，采取经济有效的农业生产灾害防御措施，降低农业气象灾害损失具有重要意义[5]。本文利用乐东国家气象观测站的气象资料，分别从温度和降水农业气象资源，暴雨、干旱、低温等气象灾害的角度分析其变化规律，以期为该地区农业生产提供科学的决策依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选用乐东县气象局气象观测站1962—2020年逐日气象资料，主要包括气温（日平均气温、日最高气温、日最低气温）、降水量等。蒸散量数据来自蒙大拿大学数字陆地动态模拟小组发布的MOD16 蒸散发量产品，时间范围为2001—2014年，时间分辨率为月，空间分辨率为1 km，下载地址为 http://www.ntsg.umt.edu/project/mod16。降水、蒸散与径流水分平衡检验表明该产品在海南具有较高的准确性[6-7]。

1.2 方法

1.2.1 趋势分析气象要素的线性倾向率采用Theil-Sen 方法估计。Theil-Se 估计较普通最小二乘（OLS）对数据中异常值的容错性更高[8]。计算式为

式中，n为分析时段的年数；Pi和Pj分别表示观测站点在第i年和第j年的气象要素值；S表示该气象要素的倾向率（unit/a），median 为对斜率序列取中位数。S大于0，表示气象要素值存在增加趋势，反之表示减小[9]。

1.2.2 B-G 分割算法B-G 分割算法是由Bernaola-Galván 等[10]提出来的一种适合非线性、非平稳时间序列突变检测的方法。与传统的突变检测方法如MK 突变检测法相比，该方法基于t检验将非平稳序列分割成多个具有不同均值的平稳子序列，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变性，且不受方法本身的限制，是一种有效检测突变的新方法[11]。

2 结果与分析

2.1 气温的时间变化趋势

乐东县地处热带季风区，气候长暖无冬，一年内各月平均气温的分布呈单峰型，冬低夏高（图1-a）。1 月平均气温最低，为19.8℃，12 和2 月气温次低，分别为20.4、20.9℃；3 月之后平均气温迅速升高，至5、6、7 月平均气温达到最高，在27℃以上；随后气温逐月下降。

乐东县年平均气温在23.3～25.8℃波动，且总体上呈上升趋势（图1-b）。B-G 分割算法将1962—2020 年分成了4 个阶段。1962—1978 年平均气温最低，在24℃左右；1979—1997 年平均气温突然跃升到24.5℃附近；1998—2008 年阶段平均气温最高，在25℃左右，但变化趋势相对平稳。这3 个阶段平均气温均呈现上升趋势，而且存在突变性升高，在1998—2008 年平均气温达到最高。随后2009—2020 年平均气温较1998—2008 年略偏低，阶段平均气温24.7℃，呈现出阶段上升趋势。

乐东地区冬季（12 月到次年2 月）平均气温20.3℃，在17.8℃（1963 年）～22.3℃（2019 年）波动（图1-c）。B-G 分割算法将1962—2020 年分割成1962—1978、1979—2020 两个阶段，第一阶段冬季平均气温19.5℃，大体趋势较为平稳；第二阶段1979—2020 年冬季平均气温跃升到20.6℃，呈上升趋势。

热带作物对低温天气过程比较敏感，日最低气温、日照、持续时间等多种因素影响作物受灾表现[12]，综合考虑到极端低温灾害出现的随机性与代表性，选择日平均气温低于15℃的日数分析低温灾害趋势。1962—2020 年间乐东地区一年内日平均气温低于15℃的日数平均为3.6 d。B-G 法将低温日数序列同样分割为两段（图1-d），分割点与年平均气温的第一阶段、冬季平均气温的分割点一致，为1978、1979 年。在1962 到1978 年阶段，低温日数平均为6.1 d，1979—2020 年平均为2.7 d，两个阶段差相差3.4 d。低温日数变化趋势在1978 年前是上升的，而1979—2020 年低温日数相对平稳。

2.2 降水的时间变化趋势

乐东地区年内降水分布与气温相似，呈单峰型。冬季降水量较少，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 月降水量达到最大值，平均为356.9 mm（图2-a）。从降水过程来看，乐东地区80%以上的降水量不仅集中于雨季，而且往往集中于雨季的几场大雨中。

乐东年平均降水量1 590.6 mm，属于湿润地区，但受季风气候影响，年际降水波动大，年降水量平均相对变率约为21%。降水量最大的年份年降水量高达2 509.0 mm（1991 年），降水量最少的年份仅有1 054.0 mm（1969 年），年平均降水量最大值是最小值的2 倍以上。从长期趋势来看，乐东年降水量没有明显阶段差异，1962—2020 年降水量总体呈增加趋势，但趋势不显著（图2-b）。

2.3 实际蒸散量的时间变化趋势

实际蒸散量反映的是一个地区植被需水量，2001—2014 年多年逐月平均实际蒸散量呈现单峰型分布（图3-a），与逐月平均气温及逐月降水量变化相近，年内蒸散量冬季低而夏季高；4—10月份蒸散占全年67%以上。与气温和降水不同的是，冬季与夏季蒸散量的差距较小，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。蒸散量上升到高峰时间比气温到达高峰时段约滞后1 个月，而比降水提前1 个月。产生此现象其根本原因是乐东县冬季（12 月至次年2 月）天气寒冷，气温及降水均较低，植被落叶，不利于蒸散；随后气温上升，植被开始抽发新叶快速生长，蒸散量增大，而此时季风尚未携带湿润的空气到达；4 月温度开始上升、降水量增加，植被蒸散量逐渐到达高峰时期。一般从5 月开始，温度、降水开始较为充足，能够为植被蒸散提供有利条件。10 月后气温及降水开始降低，植被叶片逐渐进入老化期，活力减弱，蒸散量开始减小。

降水充沛月（月降水量大于同期月平均蒸散量）的比例统计[6]（图3-b）表明，降水充沛月比例变化趋势与多年逐月降水量趋势相似，同样具有明显的季节性特征，5—10 月降水充沛月比例均在60%以上，说明此时间段水资源充沛，天气湿润；而12 月、1—3 月在5%以下，自然降水不能够满足植被生长需要。冬春季节，乐东县农业生产通常需要灌溉，如果秋季降水偏少，水库蓄水不足，则容易发生冬春干旱。

2.4 SPEI 干旱指数的时间演化趋势

气象学中通常用干旱指数来监测干旱事件，SPEI 指数能够反映降水异常及温度对干旱的影响。SPEI 指数反映的是降水与潜在蒸散发差值在历史上的排位，不同时间尺度的SPEI 反映不同时间长度内降水满足蒸散发的状况，既可以反映短期内土壤水分的动态变化，又可以反映长期水资源的趋势[13-14]。据统计，乐东县干旱以冬春干旱为主，少部为秋旱，夏旱极少。通过分析1962—2020 年乐东县不同时间尺度（3、6、12 个月）的SPEI 指数（图4）发现，不同时间尺度不同年代干旱事件发生累计频次亦不同。3 个月时间尺度SPEI 波动较为频繁，表现出较明显的季节性变化特征，显示乐东县59 年来几乎年年都出现干旱，而6 和12 个月时间尺度的SPEI 波动频率相对较小，具有明显的年际及年代际振荡特征。

2004 年9 月30 日至2005 年2 月27 日乐东县出现连续151 d 的秋冬春特大干旱，2005 年3月7 日至5 月27 日乐东县发生82 d 的严重春旱，给乐东县农业生产和人民生活造成一定的灾害影响。2004 年10—12 月乐东县降水持续异常偏少，3 个月的SPEI 指数下降明显，干旱开始发生；6、12 个月的SPEI 指数也随后下降；2005 年的6、12 个月的SPEI 指数有非常低的时段。由于乐东县冬春农业用水主要依靠水库蓄水和地下水，长时间尺度（6、12 个月）的SPEI 指数可反映春季旱情。结合多次旱情资料分析结果表明，在乐东县湿润季节（5—10 月）3 个月的SPEI 值更能反映出短期降水缺乏带来的干旱，这个阶段水库蓄水相对充足，干旱带来的危害损失较小；而在气温稍低、相对干燥的季节（11 月至次年4 月），降水较少，农业生产更依赖水库蓄水，在这个季节6、12 个月时间尺度的SPEI 值更能反映水库蓄水偏少带来的干旱危害。

2.5 暴雨日数及最大暴雨量的时间变化趋势

乐东县暴雨日数统计表明，暴雨（日降水量大于50 mm）平均每年有6.5 d，超过平均天数的年份有23 年，占44%，其中1964、1978、1991、1994、2001、2002、2008、2016 年暴雨日数在10 d以上，分别为11、13、16、11、13、11、11、10 d。1968 年暴雨日数最少，仅有1 d。从逐年暴雨（日降水量大于50 mm）日数（图5-a）及最大暴雨量（图5-b）变化趋势来看，两者均呈略微增加趋势，但是趋势不明显，B-G 分割也没有阶段差异。

3 讨论与结论

乐东地区受热带季风影响，雨热同季，冬季气温、降水、蒸散量较低，而夏季三者较高。从长期变化趋势来看，年平均气温、冬季平均气温和日平均气温低于15℃的低温日数具有明显的阶段趋势，1962—1978 年属于气温偏低的阶段，随后气温上升，冬季平均气温也随之上升，低温日数减少。年降水量平均在1 590.6 mm，年际变率较大，年平均降水量最大值比最小值多一倍以上；但是降水、暴雨日数和年内暴雨最大降水量没有明显的阶段性差异，变化趋势不明显。

降水充沛月比例说明，每年5—10 月乐东地区降水充沛，在大多数年份能够满足植被生长需求；而12 月至次年4 月，仅依靠自然降水往往不能满足植被需求，需要灌溉。在前一年秋季降水偏少的年份和当年雨季开始偏晚的年份，水库蓄水不能满足灌溉需要，容易发生冬春连旱。可以根据6、12 个月时间尺度的SPEI 干旱指数监测秋季降水偏少程度，提前合理规划冬季种植的作物品种，做好水库用水调度，以减轻干旱对农作物生产的影响。

通过以上分析得知，伴随着全球变暖，乐东县平均气温升高，尤其是冬季平均温度升高较为明显，气温低于15℃的日数减少，这种趋势将减少农作物冬季低温危害的风险。配合大棚、地膜覆盖等栽培措施，乐东地区可进一步发挥反季节作物种植的热量优势，扩大热带作物引种试种种类[14]。乐东12 月到来年4 月降水不能满足作物需水要求，农作物生长主要依靠水库、地下水灌溉。种植经济效益较高的反季节作物，需要考察地块的灌溉用水保障情况。暴雨、大风等极端气象灾害没有明显的年代际变化，且年内分布时段较为稳定，可以通过选择种植时段减轻或避开这类危险。