海南樂東地區農業氣候資源及災害分析

梁麗 豐婷婷 李偉光

（1.海南省樂東縣氣象局 海南樂東 572500；2.海南省氣候中心 海南海口 570203；3.海南省南海氣象防災減災重點實驗室 海南海口 570203）

樂東縣位于海南島西南部，其西北部和東部被高山環抱，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。樂東縣屬于熱帶海洋性季風氣候[1]，豐富的光溫水資源非常適宜農業生產。樂東縣共有耕地4.73 萬hm2，分布于北部山坳以及西部沿海平原，種植業占GDP 比例高達60.7%[2]，農業為樂東縣第一支柱產業，對財政增收、人民生活水平提高尤為重要。為利用樂東地區冬季相對充沛的熱量資源，農民和新型農業經營主體開始在該區域種植甜瓜、香蕉、冬季瓜菜、熱帶花卉、南繁制種等投入及產出附加值較高的農產品。但由于樂東縣屬于季風氣候，降水、冷空氣等氣象因子年際變率大，影響農業生產的極端氣候事件頻發，長期來困擾著農業發展、農民增收[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，樂東縣出現局地特大暴雨天氣，日雨量254.7 mm，樂東三防辦統計抱由鎮農作物受災面積達2 829 畝（1 hm2=15 畝）。2021年1 月中旬樂東遭受低溫災害，日平均氣溫連續低于15℃，最低氣溫降至5.3℃，佛羅等地種植的甜瓜裂果嚴重、滯長，農民損失嚴重。

掌握樂東縣農業氣候資源特征，了解影響農業生產的極端氣候事件變化趨勢，對于制定合理的農業發展規劃，采取經濟有效的農業生產災害防御措施，降低農業氣象災害損失具有重要意義[5]。本文利用樂東國家氣象觀測站的氣象資料，分別從溫度和降水農業氣象資源，暴雨、干旱、低溫等氣象災害的角度分析其變化規律，以期為該地區農業生產提供科學的決策依據。

1 材料與方法

1.1 材料

選用樂東縣氣象局氣象觀測站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。蒸散量數據來自蒙大拿大學數字陸地動態模擬小組發布的MOD16 蒸散發量產品，時間范圍為2001—2014年，時間分辨率為月，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表明該產品在海南具有較高的準確性[6-7]。

1.2 方法

1.2.1 趨勢分析氣象要素的線性傾向率采用Theil-Sen 方法估計。Theil-Se 估計較普通最小二乘（OLS）對數據中異常值的容錯性更高[8]。計算式為

式中，n為分析時段的年數；Pi和Pj分別表示觀測站點在第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 為對斜率序列取中位數。S大于0，表示氣象要素值存在增加趨勢，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]提出來的一種適合非線性、非平穩時間序列突變檢測的方法。與傳統的突變檢測方法如MK 突變檢測法相比，該方法基于t檢驗將非平穩序列分割成多個具有不同均值的平穩子序列，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，是一種有效檢測突變的新方法[11]。

2 結果與分析

2.1 氣溫的時間變化趨勢

樂東縣地處熱帶季風區，氣候長暖無冬，一年內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 月平均氣溫達到最高，在27℃以上；隨后氣溫逐月下降。

樂東縣年平均氣溫在23.3～25.8℃波動，且總體上呈上升趨勢（圖1-b）。B-G 分割算法將1962—2020 年分成了4 個階段。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，但變化趨勢相對平穩。這3 個階段平均氣溫均呈現上升趨勢，而且存在突變性升高，在1998—2008 年平均氣溫達到最高。隨后2009—2020 年平均氣溫較1998—2008 年略偏低，階段平均氣溫24.7℃，呈現出階段上升趨勢。

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

熱帶作物對低溫天氣過程比較敏感，日最低氣溫、日照、持續時間等多種因素影響作物受災表現[12]，綜合考慮到極端低溫災害出現的隨機性與代表性，選擇日平均氣溫低于15℃的日數分析低溫災害趨勢。1962—2020 年間樂東地區一年內日平均氣溫低于15℃的日數平均為3.6 d。B-G 法將低溫日數序列同樣分割為兩段（圖1-d），分割點與年平均氣溫的第一階段、冬季平均氣溫的分割點一致，為1978、1979 年。在1962 到1978 年階段，低溫日數平均為6.1 d，1979—2020 年平均為2.7 d，兩個階段差相差3.4 d。低溫日數變化趨勢在1978 年前是上升的，而1979—2020 年低溫日數相對平穩。

2.2 降水的時間變化趨勢

樂東地區年內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 月降水量達到最大值，平均為356.9 mm（圖2-a）。從降水過程來看，樂東地區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大雨中。

樂東年平均降水量1 590.6 mm，屬于濕潤地區，但受季風氣候影響，年際降水波動大，年降水量平均相對變率約為21%。降水量最大的年份年降水量高達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。從長期趨勢來看，樂東年降水量沒有明顯階段差異，1962—2020 年降水量總體呈增加趨勢，但趨勢不顯著（圖2-b）。

2.3 實際蒸散量的時間變化趨勢

實際蒸散量反映的是一個地區植被需水量，2001—2014 年多年逐月平均實際蒸散量呈現單峰型分布（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間比氣溫到達高峰時段約滯后1 個月，而比降水提前1 個月。產生此現象其根本原因是樂東縣冬季（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，植被開始抽發新葉快速生長，蒸散量增大，而此時季風尚未攜帶濕潤的空氣到達；4 月溫度開始上升、降水量增加，植被蒸散量逐漸到達高峰時期。一般從5 月開始，溫度、降水開始較為充足，能夠為植被蒸散提供有利條件。10 月后氣溫及降水開始降低，植被葉片逐漸進入老化期，活力減弱，蒸散量開始減小。

降水充沛月（月降水量大于同期月平均蒸散量）的比例統計[6]（圖3-b）表明，降水充沛月比例變化趨勢與多年逐月降水量趨勢相似，同樣具有明顯的季節性特征，5—10 月降水充沛月比例均在60%以上，說明此時間段水資源充沛，天氣濕潤；而12 月、1—3 月在5%以下，自然降水不能夠滿足植被生長需要。冬春季節，樂東縣農業生產通常需要灌溉，如果秋季降水偏少，水庫蓄水不足，則容易發生冬春干旱。

2.4 SPEI 干旱指數的時間演化趨勢

氣象學中通常用干旱指數來監測干旱事件，SPEI 指數能夠反映降水異常及溫度對干旱的影響。SPEI 指數反映的是降水與潛在蒸散發差值在歷史上的排位，不同時間尺度的SPEI 反映不同時間長度內降水滿足蒸散發的狀況，既可以反映短期內土壤水分的動態變化，又可以反映長期水資源的趨勢[13-14]。據統計，樂東縣干旱以冬春干旱為主，少部為秋旱，夏旱極少。通過分析1962—2020 年樂東縣不同時間尺度（3、6、12 個月）的SPEI 指數（圖4）發現，不同時間尺度不同年代干旱事件發生累計頻次亦不同。3 個月時間尺度SPEI 波動較為頻繁，表現出較明顯的季節性變化特征，顯示樂東縣59 年來幾乎年年都出現干旱，而6 和12 個月時間尺度的SPEI 波動頻率相對較小，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 日樂東縣出現連續151 d 的秋冬春特大干旱，2005 年3月7 日至5 月27 日樂東縣發生82 d 的嚴重春旱，給樂東縣農業生產和人民生活造成一定的災害影響。2004 年10—12 月樂東縣降水持續異常偏少，3 個月的SPEI 指數下降明顯，干旱開始發生；6、12 個月的SPEI 指數也隨后下降；2005 年的6、12 個月的SPEI 指數有非常低的時段。由于樂東縣冬春農業用水主要依靠水庫蓄水和地下水，長時間尺度（6、12 個月）的SPEI 指數可反映春季旱情。結合多次旱情資料分析結果表明，在樂東縣濕潤季節（5—10 月）3 個月的SPEI 值更能反映出短期降水缺乏帶來的干旱，這個階段水庫蓄水相對充足，干旱帶來的危害損失較小；而在氣溫稍低、相對干燥的季節（11 月至次年4 月），降水較少，農業生產更依賴水庫蓄水，在這個季節6、12 個月時間尺度的SPEI 值更能反映水庫蓄水偏少帶來的干旱危害。

2.5 暴雨日數及最大暴雨量的時間變化趨勢

樂東縣暴雨日數統計表明，暴雨（日降水量大于50 mm）平均每年有6.5 d，超過平均天數的年份有23 年，占44%，其中1964、1978、1991、1994、2001、2002、2008、2016 年暴雨日數在10 d以上，分別為11、13、16、11、13、11、11、10 d。1968 年暴雨日數最少，僅有1 d。從逐年暴雨（日降水量大于50 mm）日數（圖5-a）及最大暴雨量（圖5-b）變化趨勢來看，兩者均呈略微增加趨勢，但是趨勢不明顯，B-G 分割也沒有階段差異。

3 討論與結論

樂東地區受熱帶季風影響，雨熱同季，冬季氣溫、降水、蒸散量較低，而夏季三者較高。從長期變化趨勢來看，年平均氣溫、冬季平均氣溫和日平均氣溫低于15℃的低溫日數具有明顯的階段趨勢，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、暴雨日數和年內暴雨最大降水量沒有明顯的階段性差異，變化趨勢不明顯。

降水充沛月比例說明，每年5—10 月樂東地區降水充沛，在大多數年份能夠滿足植被生長需求；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年雨季開始偏晚的年份，水庫蓄水不能滿足灌溉需要，容易發生冬春連旱。可以根據6、12 個月時間尺度的SPEI 干旱指數監測秋季降水偏少程度，提前合理規劃冬季種植的作物品種，做好水庫用水調度，以減輕干旱對農作物生產的影響。

通過以上分析得知，伴隨著全球變暖，樂東縣平均氣溫升高，尤其是冬季平均溫度升高較為明顯，氣溫低于15℃的日數減少，這種趨勢將減少農作物冬季低溫危害的風險。配合大棚、地膜覆蓋等栽培措施，樂東地區可進一步發揮反季節作物種植的熱量優勢，擴大熱帶作物引種試種種類[14]。樂東12 月到來年4 月降水不能滿足作物需水要求，農作物生長主要依靠水庫、地下水灌溉。種植經濟效益較高的反季節作物，需要考察地塊的灌溉用水保障情況。暴雨、大風等極端氣象災害沒有明顯的年代際變化，且年內分布時段較為穩定，可以通過選擇種植時段減輕或避開這類危險。