海南島1959—2015年氣候變化特征分析

羅紅霞， 戴聲佩， 李茂芬， 謝錚輝

(1.中國熱帶農業科學院科技信息研究所/海南省熱帶作物信息技術應用研究重點實驗室，海南儋州 571737；2.農業部農業遙感重點實驗室，北京 101010)

聯合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change，簡稱IPCC)第四次評估報告指出，過去100年地表溫度升高了0.74 ℃，變暖幅度自20世紀90年代以來明顯加速。氣候變暖已經成為全世界人們關注的焦點，越來越多的學者加入到研究氣候變化的行列中[1]。海南島地處東亞大陸東南端，屬熱帶季風性氣候，年均氣溫22～26 ℃，年降水量1 600 mm以上，其中8、9月份降水最為充沛，素有“東方夏威夷”之稱。2010年國務院批準建立海南島為國際旅游島，使海南島的經濟與文化發展速度更快，同時也對海南島的氣候環境提出了更高、更多的要求。了解海南島不同區域的氣候變化特征，充分利用氣候資源要素，對于指導農業生產、合理開發島內旅游資源等都有相當重要的作用。

近年來，有學者對海南島氣候變化特征開展了系列研究[2-10]，結果表明，海南島氣溫(平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫)總體呈現上升趨勢；各氣候區降水量變化大，但總體仍呈增加趨勢，其中南部增長率最高；海南島平均風速、相對濕度、日照時數和蒸發量降低趨勢明顯。盡管相關學者已開展過關于海南島不同氣候區域的氣候變化特征研究，但這些研究較為深入的氣候因子主要是氣溫和降水，雖然對諸如日照時數、相對濕度因子有部分報道，卻主要集中于研究其變化趨勢，對于其突變情況及未來變化等并未開展研究，因此有必要對海南島各氣候區多氣候因子進行綜合探討。鑒于以上原因，本研究采用1959—2015年海南島7個氣象站點的平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫、極端最低氣溫、極端最高氣溫、平均相對濕度、日照時數、降水量等8項氣候要素作為分析指標，應用之前海南島的氣候區劃成果，研究海南島的氣候變化特征，基于Mann-Kendall法分析各氣候要素的突變性，基于變標度極差分析法(rescaled range analysis，簡稱 R/S 分析)及Hurst指數試驗法對各氣候要素的未來變化趨勢作出一定的推斷及預測。

1 數據來源與方法

1.1 研究區域氣候區劃分

考慮到海南島復雜的地形氣候差異性，為了對海南島氣候變化進行區域差異性分析，筆者將海南島劃分為如圖1所示5個氣候區[6]：①東北區，屬于較濕潤的大風氣候區，主要位于瓊山、文昌沿岸臺地；②西北區，屬于較干燥的大風氣候區，主要位于儋州、臨高沿岸臺地；③中部山區，屬于涼爽濕潤氣候區，主要位于瓊中、昌江、保亭屯昌等市(縣)；④東南區，屬于常臺風、多雨、大風氣候區，主要位于瓊海、萬寧沿岸；⑤西南區，屬于干熱大風地區，主要位于東方、樂東、三亞等市(縣)。

1.2 數據來源及數據分析

數據來源于中國氣象數據網的海南島1959—2015年的月度數據，包括平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫、極端最低氣溫、極端最高氣溫、平均相對濕度、日照時數、年降水量8項氣候要素。對于出現缺測或異常值的數據，采用線性回歸法進行插補。運用平均值方法形成8項氣候要素在1959—2015年時間序列的數據集。

1.3 研究方法

應用線性回歸分析、氣候傾向率揭示海南島的氣候變化特征；運用Mann-Kendall和滑動t檢驗法揭示氣候變化規律；最后采用R/S分析方法對海南島氣候的未來變化趨勢作出科學預測。

1.3.1 氣候傾向率 氣象要素x的趨勢變化用一次回歸方程表示，公式如下：

xi=a+bti。

(1)

式中：xi表示樣本量i的某一氣候變量；ti表示xi對應的時間；a表示回歸常數；b表示回歸系數，即線性趨勢項，b>0表示x隨著時間t的增加而增加，反之則隨時間t的增加而減小；b×10為氣候傾向率，表示某氣候變量每10年的變化速率。

1.3.2 Mann-Kendall突變檢驗 本研究采用Mann-Kendall非參數趨勢檢驗方法對氣候要素進行時間序列突變檢驗。在趨勢檢驗中，原假設H0表示數據集X的數據樣本獨立同分布，沒有趨勢存在。可選假設H1表示數據集X存在1個單調的趨勢。Mann-Kendall統計檢驗如下[11-12]：

對于具有n個樣本量的時間序列X，構造一秩序列：

(2)

其中：

式中：xi、xj分別表示氣象數據集中的相應i、j序列所對應的數值。

可見秩序列Sk是第i時刻數值大于第j時刻數值數量的累計數。在時間序列隨機獨立的假定下，定義統計量：

(3)

式中：UF1=0；E(Sk)、Var(Sk)分別是累計數Sk的均值、方差，在x1，x2，…，xn相互獨立，且有相同連續分布時，由式(4)計算可得：

(4)

UFk是按時間序列x的順序x1，x2，…，xn計算出的統計量序列，給定顯著性水平α，若|UFk|>Uα，則表明序列存在明顯的趨勢變化。

按時間序列x逆序xn，xn-1，…，x1，再重復上述過程，同時使UBk=-UFK；k=n,n-1,…,1；UB1=0。

若UFk大于0，表明序列呈上升趨勢；若UBk或UFk超過臨界值(顯著水平為0.05)時，表明上升或下降趨勢顯著；將超過臨界線的范圍確定為出現突變的時間區域。若UFk、UBk2條曲線出現交點，并且在臨界線之間，則交點對應的時刻便是突變開始的時間。

1.3.3 R/S分析法 R/S分析方法由英國科學家Hurst提出，后來經Mandelbrot與Wallis對其進一步完善，最終發展成為研究時間序列的分形理論。其主要原理如下：

給定一時間序列{ζ(t)}，t=1，2，…，n對于任意正整數τ=1，定義均值序列：

(5)

累積離差：

(6)

極差：

(7)

標準差：

(8)

若存在如下關系：R/S∝τH，則說明所分析的時間序列存在Hurst現象，H值稱為Hurst指數，其值可在雙對數坐標系(lnτ，ln(R/S))中用最小二乘法擬合得到。R/S分析法主要依據Hurst指數的大小，判斷時間序列是完全隨機的抑或是存在趨勢性成分。若H=0.5，表明該時間序列氣候要素獨立分布，變化完全獨立；若0

表1 Hurst指數強度分類

2 海南島各氣候要素變化特征

2.1 海南島氣溫變化特征

由圖2可以看出，海南島各氣候區的平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫總體呈現上升趨勢(除西南區的三亞站)，且平均氣溫、平均最低氣溫通過α=0.05水平的顯著性檢驗，上升趨勢明顯。從年平均氣溫的總體增幅來看，平均最低氣溫增幅最大，平均最高氣溫增幅最小。在5個氣溫指標中，除三亞的所有氣候區極差均表現為極端最低氣溫極差>極端最高氣溫極差>平均最低氣溫極差，表明整個海南島極端最低氣溫的波動最大。而西南區極端最低氣溫、極端最高氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫、平均氣溫大于其他氣候區，反映了海南島西南區氣溫波動幅度較其他氣候區大。

2.1.1 極端最高氣溫 除海南島西南區外，年極端最高氣溫在東北區、西北區、中部山區、東南區均呈現上升趨勢，但只有東南區的2個站點通過α=0.01、0.001水平的假設檢驗。西南區的東方、三亞極端最高氣溫在近60年來呈下降趨勢，其氣候傾向率分別為-0.128、-0.188 ℃/10年，但2個站點均未通過α=0.05水平的假設檢驗。

2.1.2 極端最低氣溫 由表2可以看出，海南島各氣候區年極端最低氣溫均上升，在各氣候區中上升幅度最大的為西南區的東方站點，為0.671 ℃/10年，上升幅度最小的瓊海的增長速率也達到了0.373 ℃/10年。其中海口、儋州、瓊中、瓊海、陵水、東方6個站點均通過α=0.001水平的假設檢驗，三亞站點通過了α=0.05水平的假設檢驗。2007—2008年的拉尼娜事件使得整個海南島出現持續偏冷的天氣，其中三亞最為明顯。這與何溪澄等報道的在拉尼娜影響下我國南方溫度偏冷的結果一致[14]。西南氣候區的極差最大，東方、三亞的極差分別為9.00、10.40 ℃；極差最小的是瓊海，為 6.30 ℃(表2)。

2.1.3 平均最低氣溫 由表2還可看出，在海南島年平均最低氣溫方面，所有站點均呈現出增長態勢，具體增長率：海口0.308 ℃/10年、儋州0.313 ℃/10年、瓊中0.350 ℃/10年、瓊海0.308 ℃/10年、陵水0.217 ℃/10年、東方0.351 ℃/10年、三亞0.036 ℃/10年，上升幅度最大的是東方、瓊中站點，除三亞站點外其他6個站點的增長趨勢均通過了α=0.001水平的顯著性檢驗。通過計算各氣候區的極差發現，西南區的極差較其他地區更大，這也表明西南區的年平均最低氣溫波動更大。

2.1.4 年平均氣溫 海口、儋州、瓊中、瓊海、陵水、東方6個站點的年平均氣溫整體均呈增長趨勢，且全部通過了α=0.001 水平的假設檢驗，增長率分別為0.223、0.235、0.254、0.246、0.202、0.232 ℃/10年，三亞年平均氣溫呈下降趨勢，降幅為0.145 ℃/10年，但這種下降趨勢并未通過顯著性檢驗。三亞年平均氣溫極差達到4.81 ℃，比極差最小的陵水高2.81 ℃(表2)。

2.1.5 平均最高氣溫 海口、儋州、瓊中、瓊海、陵水、東方、三亞年平均最低氣溫的氣候傾向率分別為0.117、0.138、0.134、0.201、0.194、0.063、-0.262 ℃/10年，可以看出，除了三亞站點，其他所有氣候區的年平均最高氣溫均呈現增長趨勢，其中海口、儋州、瓊中、瓊海、陵水5個站點的增長趨勢通過了α=0.05、0.01或0.001水平的顯著性檢驗。西南區三亞的極差最大，達到5.62 ℃；最小的是陵水，其極差為2.18 ℃(表2)。

2.2 海南島平均相對濕度變化特征

由圖2還可以看出，在1959—2015年間，海南島海口、儋州、瓊中、瓊海、陵水、東方的平均相對濕度均呈現出不同程度的下降趨勢，均通過α=0.001水平的顯著性檢驗，其傾向率分別為-0.882%、-0.551%、-0.547%、-0.905%、-0.648%、-0.708%/10年，瓊海地區相對濕度的下降幅度最大，表明瓊海地區這些年來變得越來越干。主要是因為隨著城市化進程的加速，下墊面變為水溶性小的水泥地，大氣降水迅速輸入下水道，而白天的建筑材料接收輻射能量后快速升溫，導致城市溫度升高。同時，由于城市綠地面積的減少，使植物的蒸騰向大氣輸送的水汽量減少，從而使得相對濕度減少[15]。三亞站點的相對濕度波動幅度較大，總體來看，三亞站點的平均相對濕度在57年來呈增加趨勢，但并未通過α=0.05水平的顯著性檢驗，1959—2008年的曲線較為平緩，但變化幅度不大，自2008年來急劇增加，增長率為21.64%。

2.3 海南島年日照時數變化特征

總體來看，海南島在1959—2015年間，中部山區瓊中站點的年日照時數以61.840 h/10年的速率在增加，且通過α=0.001水平的假設檢驗，表明海南島中部山區日照時數增加趨勢明顯。其他氣候區6個站點均呈現不同趨勢的減少，傾向率絕對值表現為海口(97.990 h/10年)>陵水(86.640 h/10年)>三亞(79.500 h/10年)>瓊海(67.070 h/10年)>儋州(28.340 h/10年)>東方(20.490 h/10年)，6個站點中僅有西南區的東方站點未通過α=0.01或0.001水平的假設檢驗，這也表明海南島東北區、西北區、東南區日照時數下降趨勢明顯。主要因為隨著城市化的發展，大氣污染增加，城市熱島效應導致上升氣流增強，攜帶到大氣中的污染顆粒增多，從而造成城市上空的云量增多，進而引起日照時數的減少[15-16]。西南區三亞、中部山區最大日照時數與最小日照時數之間的差值較大，分別為 102.62、88.97 h，西南區東方的差值最小，為50.54 h，最大值與最小值的比值達到2.03。

2.4 海南島降水量的變化特征

由圖2可以看出，1959—2015年間海南島各氣候區的降水量除瓊中外，其他地區均呈現不同程度的增長，具體表現為三亞(84.820 mm/10年)>海口(57.480 mm/10年)>儋州(52.010 mm/10年)>陵水(46.880 mm/10年)>瓊海(38.590 mm/10年)>東方(24.190 mm/10年)。然而各氣候區年降水量波動較大，年降水量除三亞站點外，均未通過α=0.01水平的假設檢驗。5個氣候區中中部山區最大降水量與最小降水量的極差最大，達到196.74 mm。由結果可以看出，總體降水量的波動性較大，降水量的無規律性可能是由降水空間分布的隨機性、區域性和復雜性造成的[6，17]。

3 海南島各氣候要素突變特征

由表3可知，海南島各氣候區的氣溫突變有一定的差異，極端最低氣溫只有東北區和東南區的陵水有突變點，突變年份分別為1987、1994年，東北區的突變年份早于東南區；以東北區例，突變前的極端最低氣溫為6.4 ℃，突變后為9.9 ℃，突變后比突變前增加54.69%，突變前后的極端氣溫差異明顯。極端最高氣溫在5個氣候區均有突變現象發生，突變時間最早的是西北區(1979年)，中部山區發生突變的時間最晚(2005年)。平均最低氣溫有東北區、西北區、東南區陵水、西南區三亞發生突變，時間分別為1987、1995、1994、1982年。年平均最高氣溫均有突變現象發生，西南區的三亞突變發生時間最早(1977年)，中部山區的突變發生時間最晚(2002年)。年平均氣溫有東北區、東南區瓊海、西南區東方、西南區三亞發生突變，對應的時間分別為1987、1993、1990、1980年。東北區的突變時間與陳小麗等研究的海南島全島近42年(1961—2002年)平均氣溫的突變時間吻合[2]。西南區三亞的突變點比我國年平均氣溫突變點(1978年)推遲了2年[18]，其他地區的年平均氣溫突變點均在尹云鶴等提出的我國氣候發生突變的時間(1989年)[19]附近徘徊。這說明在20世紀80年代該區氣溫出現了突發性的上升，經歷了一個相對偏暖的氣候態，而這與全國及全球性的氣候變暖有直接聯系[20-21]。

海南島所有氣候區的平均相對濕度的UF曲線均超過 0.05 顯著水平的信度線。西北區、中部山區、東南區瓊海、東南區陵水、西南區東方、西南區三亞突變對應的時間分別為1986、1997、2000、1992、1996、1961年，相對濕度突變前后變化幅度分別為5%、1%、-1%、1%、-2%、2%。東北區相對濕度不存在突變現象。西北區、中部山區、東南區瓊海、東南區陵水、西南區東方、西南區三亞日照時數發生突變，突變年份分別為1966、1993、1993、1993、1973、2008年。以上地區日照時數突變前分別為181.3、163.7、174.4、173.7、220.3、205.1 h，突變后分別為152.3、154.2、162.6、190.8、215.9、200.5 h。東北區日照時數未發生明顯突變。降水量只有西南區東方、三亞有突變發生，突變年份為1995年，表現為突變后降水量增多，降水量在突變前分別為103.7、124.6 mm，在突變后分別為113.6、131.8 mm(表3)。

表2 海南島8項氣候要素的傾向率、決定系數和極差

注：“*”“**”“***”分別表示通過顯著性水平為0.05、0.01、0.001的檢驗。下表同。

表3 海南島8項氣候要素的突變年份

注：“*”“**”分別表示通過0.05、0.01顯著性水平的檢驗。

4 海南島各氣候要素R/S分析及Hurst指數試驗

4.1 海南島各氣候要素R/S分析

由表4可以得出，海南島各氣候要素的R/S整體分析結果：(1)極端最低氣溫的Hurst指數為-4級的有瓊海，-3級的有海口、儋州、瓊中、陵水、東方和三亞，反向持續性均較強。從海南島平均相對濕度長時間序列的變化趨勢來看，均呈現下降趨勢。極端最高氣溫的Hurst指數為1級的有東方，表現出很弱的同向持續性；-3級的有儋州和三亞，-4級的有海口、瓊海和陵水，-5級的有瓊中，均表現出較強的反向持續性。年平均氣溫的Hurst指數為-1級的有三亞，表現出很弱的反向持續性；-2級的有瓊中，表現出較弱的反向持續性；-3級的有海口、儋州、瓊海、陵水和東方，均表現出較強的反向持續性，表明這些站點的增溫趨勢會有較大程度的減弱。年平均最低氣溫的Hurst指數為-2級的有海口、瓊中、陵水、三亞，表現出較弱的反向持續性；-3級的有儋州、瓊海，-4級的有東方，表現出較強的反向持續性。年平均最高氣溫的Hurst指數為-2級的有陵水、東方和三亞，表現出較弱的反向持續性；-3級的有海口、儋州、瓊中、瓊海，表現出較強的反向持續性。

(2)相對濕度的Hurst指數為-2級的有瓊中、陵水和三亞，反向持續性較弱；-3級的有海口、儋州、瓊海和東方，反向持續性較強。由日照時數R/S分析能夠看出，所有站點的Hurst值均小于0.5，海南島日照時數的長期相關特征表現為反向持續性，西南區三亞站點的Hurst指數達到-2級，其余氣候區均為-3級，表現出較強的反向持續性。海南島所有站點降水量的Hurst值均小于0.5，長期相關特征表現為很強的反向持續性，其中東方站點的Hurst指數為-4級，Hurst指數為0.22，其余站點的Hurst指數為-3級。

表4 海南島8項氣候要素的Hurst指數

4.2 海南島各氣候要素Hurst指數試驗

對海南島氣候要素的R/S進行分析，從整體變化來看，有著幾乎完全一致的反向持續性，但是關于這種變化趨勢能持續的時間、持續性強度會繼續增強還是減弱等方面的問題，都需要進一步研究。筆者采用馮新靈設計的Hurst指數試驗分析方案[22]，分析部分臺站(選取海口、瓊中、三亞，分別代表海南島東北部、中部、西南部)的平均氣溫、平均相對濕度、日照時數、降水量等時間序列的未來變化趨勢，以期從總體上進行推斷。為了能夠更清晰地反映其變化趨勢，本研究將時間序列長度定為20年。具體的試驗方案如下：從時間序列數據開始年起，計算第1個20年序列(1959—1978年)的Hurst指數，接下來計算第2個20年序列(1960—1979年)的Hurst指數，再緊接著計算第3個20年序列(1961—1980年)的Hurst指數，以此類推，連續計算形成1個Hurst指數序列，最終形成以20年為序列長度的Hurst指數序列，部分臺站20年Hurst指數試驗結果見圖3。通過對比分析20年Hurst指數序列與之前研究所得傾向率的線性變化趨勢，預測未來的變化趨勢。

4.2.1 年平均氣溫Hurst指數試驗結果分析 海南島東北區年平均氣溫20年試驗趨勢呈波狀起伏。在1959—1978年的20年試驗中，Hurst指數開始出現小于0.5的0.347 2，隨后連續12個20年試驗的Hurst指數都小于0.5。1979年的年平均氣溫開始降低，而這種下降趨勢一致持續了12年。在1991—2010年的20年試驗中，Hurst指數開始大于0.5，連續6個20年試驗的Hurst指數都大于0.5，但Hurst指數一直在0.5附近徘徊，由此可以推測，未來10年海南島東北區年平均氣溫仍將有微弱的增加趨勢。

海南島中部山區年平均氣溫20年指數試驗變化幅度不大，年平均氣溫Hurst指數總體小于0.5。在1974—1993年的20年指數試驗中，Hurst指數小于0.5，而這種現象持續了21年，盡管1995—2014年的20年指數試驗出現大于0.5的0.506 4，但并沒有保持穩定，在接下來的1個20年Hurst指數試驗中又躍回原態，表明中部山區未來10年依然會按照氣候傾向率0.254 ℃/10年有微弱下降的趨勢。

西南區三亞年平均氣溫20年指數試驗曲線呈現波狀起伏，1992—2011年Hurst指數中出現大于0.5的0.547 0，此后連續6個20年試驗序列中的Hurst指數都大于0.5，且Hurst指數值在不斷增加，于是出現了自2012年起三亞年平均氣溫下降的趨勢，由此可以推測，未來10年西南區三亞年平均氣溫依氣候傾向率0.145 ℃會有繼續下降的趨勢。

4.2.2 日照時數Hurst指數試驗結果分析 海南島東北區日照時數的20年Hurst指數試驗曲線呈波狀增加趨勢。在1959—1978年的20年試驗中，Hurst指數小于0.5，此后連續18個20年試驗的Hurst指數都小于0.5。對比分析東北區日照時數變化趨勢可知，1979年的日照時數開始增加，這種上升趨勢十分明顯。在1988開始的20年指數試驗中，Hurst指數開始出現大于0.5的0.565 4，此后連續9個20年試驗中，Hurst指數均大于0.5，由此可以推測，未來東北區日照時數仍將依氣候傾向率有繼續下降的趨勢。

在海南島中部山區日照時數的20年Hurst指數中，1962—1981年的Hurst指數開始出現小于0.5的0.418 3，此后連續22個20年試驗的Hurst指數都小于0.5，1984—2003年的Hurst指數開始出現大于0.5的0.510 8，日照時數開始出現由反向持續性向持續性轉變。2002年中部山區日照時數降低到1 647.8 h，遠遠低于多年平均值。自1988年以后的6個20年試驗中，Hurst指數一直大于0.5，但卻在不斷減少，到1994—2013年的20年試驗中，出現Hurst指數小于0.5的情況，由此可以推測，在未來10年內，中部山區日照時數將會有微弱下降的趨勢。

海南島西南區三亞日照時數的20年試驗曲線在波動中有十分微弱的增加趨勢，自1962年以后的18個20年試驗中，Hurst指數一直小于0.5，1991年日照時數增加到 2 774.5 h。在1981—2000年的20年指數試驗中，Hurst指數開始出現大于0.5的0.525 6，之后連續16個20年試驗的Hurst指數都大于0.5，而且一路攀升，推測西南區三亞日照時數將依氣候傾向率平均每10年減少79.5 h。

4.2.3 年平均相對濕度Hurst指數試驗結果分析 在1988—2007年的20年試驗中，東北區年平均相對濕度的Hurst指數開始出現大于0.5的0.521 0，此后連續9個20年試驗的Hurst指數都大于0.5，相應的，2008年東北區的平均相對濕度開始增加，且上升趨勢十分明顯，由此可推測，未來10年東北區的年平均相對濕度平均每10年下降0.882%。

在1965—1984年中部山區年平均相對濕度的20年試驗中，Hurst指數開始出現了大于0.5的0.502 5，此后連續12個20年試驗的Hurst指數都大于0.5，平均相對濕度也就出現由反向持續性到持續性的轉折，在1985年達到最大值 87.25%，之后持續性下降，這種變化一直持續了12年。在1988年之后的9個20年試驗中，Hurst指數一直大于0.5，而且一路攀升，由此可以推測，在未來10年，中部山區的年平均相對濕度仍將以氣候傾向率平均每10年下降0.547%的速率發展。

西南區的三亞臺站年平均相對濕度20年試驗曲線為波狀，“U”形波谷特別明顯，在1966—1985年的20年試驗中，Hurst指數開始出現大于0.5的0.509 8，在此后連續8個20年試驗序列中的Hurst指數都大于0.5。在1976—1995年的20年試驗中，Hurst指數開始出現持續14個20年試驗的Hurst指數小于0.5，1996年的年平均相對濕度開始下降，且下降趨勢越來越明顯，這種下降趨勢一直持續了14年。在自1990年以后的7個20年試驗中，Hurst指數又開始轉為大于0.5，相應的平均相對濕度變化曲線也開始出現增加的相關性特征，由此可以推測，在未來10年，西南區的三亞臺站年平均相對濕度仍將按照氣候傾向率以平均每10年增加 0.623%的速率發展。

4.2.4 降水量Hurst指數試驗結果分析 海南島東北區降水量總體表現增加趨勢，其氣候傾向率為57.48 mm/10年。在1959—1978年的20年試驗中，Hurst指數小于0.5，在此后32個20年的試驗中，Hurst指數都小于0.5，直到1990—2009年的20年試驗中，Hurst指數開始出現大于0.5的0.532 3，降水量的趨勢開始由反向持續性向持續性轉變，在此后連續6個20年試驗的Hurst指數都大于0.5，由此可以推測，東北區未來降水量仍將有微弱增加趨勢。

海南島中部山區降水量總體有微弱的下降趨勢，其氣候傾向率為15.30 mm/10年。通過20年試驗可以看出，在1977—1996、1987—2006、1991—2010、1992—2011年這4個20年試驗中出現了Hurst指數大于0.5的情況，對比分析中部山區降水量變化曲線可以看出，降水量減少，曲線下滑，但這種變化并沒有保持穩定，隨即躍回原態，總體上看，20年試驗的Hurst指數小于0.5，表明中部山區降水量在未來會有一定程度的增加。

西南區三亞降水量變化曲線呈增加趨勢，氣候傾向率為84.82 mm/10年。20年Hurst指數試驗的結果與中部山區十分類似，在1990—2009年的20年試驗中，Hurst指數開始出現大于0.5的0.561 6，但持續時間不長，僅連續3個20年試驗后，Hurst指數又開始小于0.5，表明西南區三亞降水量始終保持著反向持續性的特征，降水量減少的態勢是明顯的。

5 結論

通過對海南島1959—2015年平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫、極端最低氣溫、極端最高氣溫、平均相對濕度、日照時數和年降水量8項氣候要素的變化特征進行分析，并結合氣候區差異，揭示了近57年來海南島氣候變化特點及未來變化趨勢。主要結論如下：

(1)在全球變暖大趨勢下，海南島各氣候區的極端最高氣溫、極端最低氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫總體均呈上升趨勢(三亞除外)；其中極端最高氣溫、極端最低氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫最高增長率分別位于東南區的陵水、西南區的東方、東南區瓊海、西南區的東方、中部山區。海南島日照時數(瓊中除外)、平均相對濕度(三亞除外)總體呈下降趨勢，日照時數和平均相對濕度下降率較高的位于東北區；降水量總體呈上升趨勢(瓊中除外)，降水量的最高增長率位于西南區的三亞。

(2)在近60年的時間內，海南島5個氣溫指標的突變特征差異較大。海南島各氣候區極端最低氣溫只有東北區、東南區陵水、西南區三亞發生突變，其中東北區突變發生時間較早；大部分氣候區的極端最高氣溫均有突變現象發生，突變發生時間最早的是西北區，發生時間最晚的是西南區；年平均氣溫只有東北區、東南區、西南區發生突變；大部分氣候區的年平均最低氣溫均發生突變，但突變年份相差并不大，基本在10年內，其中西南區發生突變較早；所有氣候區的年平均最高氣溫均發生突變，東南區發生突變的時間較早，中部山區發生突變的時間較晚。

(3)海南島各氣候區的平均相對濕度除東北區外，下降趨勢均發生突變現象，西南區突變現象發生得較早，東南區較晚發生突變。海南島日照時數有西北區、中部山區、東南區、西南區發生突變，其中西北區突變現象發生較早，西南區發生突變時間較晚。海南島降水量只有西南區有突變現象，突變時間均為1995年。

(4)對海南島各氣候要素的R/S分析表明，海南島各氣候區的8個氣候要素的Hurst指數均小于0.5(除西南區東方的極端最高氣溫)，表現出不同程度的反向持續性，各氣候區極端最高氣溫、極端最低氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫總體上升趨勢將會有不同程度的減弱(三亞除外)，海南島日照時數(瓊中除外)、平均相對濕度(三亞除外)將會有適當的回升。通過對海南島部分臺站的平均氣溫、年平均相對濕度、日照時數、降水量的20年Hurst指數試驗可以看出，海南島未來10年日照時數將按照氣候傾向率持續下降，這一結果與陳小敏等的研究結果[16]一致；而平均氣溫、年平均相對濕度、降水量的未來變化存在不同的區域性差異。