浅析海南岛1956—2016年系列降水量变化特征

符秋菊，邢侨芬，林振豪

(海南省水利水电勘测设计研究院有限公司，海南 海口 570203)

降水时空分布直接影响淡水资源供给和生态系统，与洪水、干旱等灾害具有密切联系。目前，我国水资源保护问题突出，水安全已上升为国家战略，准确掌控降水时空分布特征对今后水资源规划、重大水利工程建设、落实最严格水资源管理制度、促进水生态文明建设等具有极其重要指导意义。然而，近年来受气候变化和人类活动等影响，我国水资源情势呈现新的变化，水安全面临新老水问题交织的严峻形势，在强化水资源管控提出一系列新的任务要求的背景下，继第二次水资源调查评价后，关于海南岛区域降水量变化的特征分析研究较少。本文在第二次、第三次水资源调查评价收集的降水实测数据资料基础上，对海南岛1956—2016年系列降水量变化趋势进行分析。

1 基本资料

本文降水量分析评价范围为海南岛(不含三沙市)，共18个市县，总面积3.42万km2。目前，海南岛水文部门设立的雨量站共有200多处，大多数在20世纪60至70年代设站，实测系列资料多数在40年左右；于1970年之前设立雨量站有160处，但实测系列长度大于或等于46年仅105处。收集雨量站基本资料主要来自海南省水文水资源勘测局，对一些质量较好的水库站观测的资料也进行搜集，同时结合国家气象站(中国气象科学数据共享服务网)的观测站点数据，对一些系列不够长、数据站点有缺测等信息不完整的雨量站数据进行插补延长。

2 站点选择原则及系列长度

2.1 站点选择原则

本文对海南岛降水量分析评价选用的雨量站具有以下几点原则：①优先选取资料系列较长的雨量站；②在全面收集资料的基础上，满足按评价分区和汇总单元面上分布均匀的要求；③在同一地区临近有多个满足要求的雨量站，选择系列更长、测量精度更高、代表性更好的雨量站。按上述雨量站选择原则，对评价范围选用雨量站共131个，平均站点密度为每站261km2。

2.2 系列长度

本文对海南岛降水量变化特征分析，统一采用1956—2016年同步期系列，凡实测雨量资料不足1956—2016年同步期的，一律插补延长至同步期，使其成为连续系列；同步期以外的缺测年份，一般不作插补延长；单站雨量站统计和分析精度至逐月。

根据统计，雨量资料系列统一采用1956—2016年，共7991站年，插补延长1159站年(其中，1956—2000年系列插补为1136站年，2001—2016年系列插补为23站年)，插补延长占总站年数的14.5%。

3 相关说明

对海南岛1956—2016年系列长度降水量变化趋势分析时，采用131个站点，通用ARCGIS软件中泰森多边形法得出逐年系列降水量，按照计算多年平均值、3a滑动平均和累积距平等方法进行统计分析年际变化。对海南岛年内分配分析时，在131个站点基础上挑选出系列长度较好、分布较均匀的28个代表站点，进行统计分析。其中，在四季的划分采用气象部门规定，即12月—次年2月为冬季，3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季。在汛期和非汛期划分采用海南省防汛防风防旱指挥部公布时段，汛期为5—10月，非汛期为11月—次年4月。

4 降水量时空分布

4.1 年内分配和年际变化

4.1.1降水量年内分配

按月降水量来看，海南岛地区1956—2016年多年月均降水量柱状图如图1所示。由该图可知：年内降水分布极为不均，9月平均降水最多，占年均降水量的17.8%，其值为315.9mm。1月降水量最少，为20.7mm，仅占年均降水量的1.2%。

图1 海南岛1956—2016年多年月均降水量

按季节统计来看，春季的降水量占全年降水量的5.8%，其值为102.3mm。夏季占全年降水量的13.6%，其值为241.0mm。秋季占全年降水量的12.4%，其值为219.5mm。冬季占全年降水量的1.6%，其值为27.9mm。

按汛期、非汛期统计来看，汛期降水量占年降水量的74.8%～90.8%。连续最大4个月占全年降水量的55.2%～69.0%，主要出现7—10月，部分为6—9月。非汛期是海南岛的旱季，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降水量年际变化

选用的131个雨量站点，插补延长至系列长度一致后，采用ARCGIS软件中泰森多边形法，对海南岛1956—2016年系列长度降水量进行计算，同时绘制出年降水量和3a滑动平均曲线，如图2所示。结果显示：海南岛多年平均降水量为1817.4mm，折合年降水量为621.5亿m3，年最大降水量为2334.1mm(1978年)，年最小降水量为1142.9mm(1977年)；年最大与年最小降水量比值为2.04，最大年降水量为多年平均值的1.28倍，最小年降水量为多年平均降水量的62.9%。

图2 海南岛1956—2016年降水趋势变化

海南岛降水量年际变化大，丰水年(P=20%)降水量为2056.4mm，平水年(P=50%)降水量为1802.0mm，枯水年(P=90%)降水量为1456.2mm。海南岛整体年降水量处于波动状态，整体呈递增趋势，递增率为35mm/10a。

累积距平更好地呈现了降水量年际变化的阶段性，本文对海南岛地区1956—2016年系列降水量绘制累积距平图，如图3所示。由图可知，海南岛降水量可分为如下6个阶段：1956—1966年，该时段为降水量波动时期，降水量基本正常；1967—1971年，该时段为降水量减少时期；1972—1982年，该时段为降水量波动时期，降水量基本正常；1983—1999年，该时段为曲线趋势下降，该时间段内降水量减少；2000—2006年该时段后降水量出现短暂增多，紧接着又出现下降趋势，2006年达到近60年的最小值，累积距平为-2188.6mm；2006—2016年，曲线趋势上升，该时间段内降水量增加，2013年达到近60年的最大值，累积距平为-51.1mm。

图3

4.2 地区分布

海南岛地处热带低纬地区，属热带季风气候，由于四面环海，同时受夏季风和热带气旋影响，水汽来源充足，降雨量充沛。海南岛1956—2016年、1980—2016年两个系列多年平均降水量分别为1817.4、1844.4mm，年降水量呈环状分布，在空间上变化总的趋势是由中部山区向四周沿海递减，呈东南高西北低的趋势。

两个系列长度绘制出降水量等值线总体上走势基本一致，如图4—5所示，等值线数值变化范围在1000～2600mm，东南部地区等值线的变化范围在1400～2600mm，西北部地区等值线的变化范围在1000～1800mm。

选用两个系列长度年降水量绘制等值线图可知，1980—2016年系列年降水量均值等值线往海南岛西北部细微的偏移，说明西北部沿海地区降水量呈减少趋势，东南部沿海地区降水量呈增加趋势。

4.3 降水量变化趋势

据上述采用泰森多边形法计算，海南岛多年平均降水量为1817.4mm，降水量的年际变化大，丰枯悬殊。通过对1956—2016年、1956—2000年、1980—2016年、2001—2016年4个阶段降水量的统计，系列长度大于30年，见表1。4个阶段序列年均降水量分别为1817.4、1785.2、1844.4、1908.0mm，年际变化均呈增加趋势，在2000年之前增大的趋势相对较小，这一趋势在2000年之后变得尤其明显。

图4

图5

表1 海南岛不同系列长度年降水量特征值

5 结语

海南岛降水量整体呈上升的变化趋势，但存在年内年际、时空分布不均特性，为解决海岛型季节性、区域性缺水问题，既需要建设拦蓄工程蓄洪补枯，也需要建设跨流域调水工程引水补源。只有将海南岛作为一个“生态大城市”进行统筹规划，优化全岛水系连通格局，形成上引下蓄、分洪入库、长藤结瓜的环岛扇形水网，提高整体防洪排涝抗旱能力，从根本上解决工程性及区域性缺水状况，保障水环境水生态质量，满足区域经济社会发展和生态环境保护对水资源的需求，为海南自由贸易港、生态文明试验区和国际旅游岛建设提供水利支撑。