張?zhí)焓?，蔡英纓，符 曦

(1.海南省氣象服務(wù)中心，?？?570100；2.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，海口 570100)

降水是描述天氣和氣候及其變化的重要參數(shù)，其類型和降水量的多寡受大氣環(huán)流變化所控制[1-2]。依據(jù)降水量和實際業(yè)務(wù)需要，可將降水劃分為不同等級[3-5]。Manton等[6]分析表明，世界一些地區(qū)的年降水量與極端降水事件增減趨勢存在很大差異，甚至呈反相變化，這說明旱澇災(zāi)害的發(fā)生與降水量有關(guān)，但很大程度上取決于降水時空分配不均，即與降水事件的頻率和強度有更為密切的聯(lián)系[7]。近年來，中國學(xué)者開展了一系列的研究，主要以某個地區(qū)降水量的多少來分析該地區(qū)的旱澇情況[8-10]，或僅討論不同等級降水日數(shù)的變化特征[11-14]。海南島降水豐沛，年平均降水量約1 800 mm。受地形影響，各地年雨量差別大，呈東多西少的分布特征。受季風(fēng)影響,干、濕季明顯，11—4 月為干季，5—10 月為雨季(汛期)，容易發(fā)生臺風(fēng)、暴雨洪澇災(zāi)害[15]。吳巖峻[16]研究發(fā)現(xiàn)，在過去的40年里，海南島的年總降水日數(shù)呈減少趨勢，其中秋季減少最為明顯，年降水量有微弱增加趨勢；吳慧等[17]認為?？谑醒雌诳偨邓颗c相當(dāng)暴雨日數(shù)關(guān)系相當(dāng)密切，與中雨和小雨日數(shù)的關(guān)系不明顯；張明潔等[18]發(fā)現(xiàn)，海南年平均和四季降雨量呈微弱的線性增加趨勢；李文韜[19]研究了澄邁降雨量和降雨日數(shù)變化特征指出四季降雨量從多到少分別為夏季、秋季、春季、冬季，降雨日數(shù)為秋季、夏季、冬季、春季。而對于海南島不同市縣汛期各等級降水特征及旱澇關(guān)系的研究并不多見。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，選用海南島18個市縣日降水資料，采用線性趨勢、相關(guān)系數(shù)、合成分析的方法對汛期降水變化特征進行統(tǒng)計分析，對旱澇年份對應(yīng)的各等級降水進行研究，以揭示海南島不同等級降水日數(shù)與降水量的關(guān)系、不同等級降水對旱澇的影響。

1 資料來源與研究方法

選用海南島18個市縣氣象觀測站1981—2017年汛期(5—10月)日降水資料(20—20時)，根據(jù)降水等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，將日降水量分為6個等級:小雨(0.1 mm～<10.0 mm)、中雨(10.0 mm～<25.0 mm)、大雨(25.0 mm～<50.0 mm)、暴雨(50.0 mm～<100.0 mm)，大暴雨(100.0 mm～<250.0 mm)，特大暴雨(≥250.0 mm)。對海南島18個市縣氣象站不同等級的降水日數(shù)進行統(tǒng)計，采用的方法有線性趨勢法、相關(guān)分析等。

2 各等級降水日數(shù)氣候特征

2.1 空間分布特征

圖1為汛期各等級降水日數(shù)的空間分布情況。可以看到各等級降水日數(shù)的大值區(qū)分布有所不同：小雨日數(shù)主要分布在中部山區(qū)，其中五指山小雨日數(shù)最多，達到69.7 d/a；中雨、大雨日數(shù)主要位于中部、東南部地區(qū)，而東南部地區(qū)保亭縣的中雨和大雨日數(shù)均為最多，分別為24.5 d/a和14.1 d/a；暴雨、大暴雨日數(shù)主要分布在中部、東部地區(qū)，其中瓊中縣的暴雨和大暴雨日數(shù)最多，分別為6.5 d/a和2.1 d/a。海南島為一穹形山體，中間高四周低，中部、東部地區(qū)處于五指山的迎風(fēng)坡，由沿海、丘陵到山地，地勢逐漸抬升，增強了暖濕空氣的抬升作用。這種特殊地形對降雨具有增幅作用，當(dāng)偏東氣流受五指山阻擋會產(chǎn)生爬山運動，并導(dǎo)致迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡雨量分布的變化，使得暴雨中心主要在海南島中部、東部地區(qū)[15]。特大暴雨以上日數(shù)的大值區(qū)域主要分布在西部的臨高、昌江一帶，其中昌江達到0.6 d/a，即約平均每兩年就有一次特大暴雨。主要受西移熱帶氣旋影響(例如2011年第17號臺風(fēng)“納莎”、2016年第8號臺風(fēng)“電母”等)，海南島西部處于熱帶氣旋路徑的向岸風(fēng)或五指山迎風(fēng)坡，在海陸風(fēng)摩擦輻合和五指山抬升輻合作用下容易造成強降水增幅。從圖1還可以看到，隨著降水等級的增大，相應(yīng)的降水日數(shù)也迅速減少，小雨日數(shù)的范圍大約為37～69 d/a，中雨日數(shù)的范圍大約為9～24 d/a，特大暴雨范圍只有0.16～0.7 d/a。

圖1 1981—2017年海南島汛期各等級降水日數(shù)年平均分布(單位為d；審圖號為GS(2016)1665號)

2.2 時間變化特征

2.2.1 月變化 圖2給出了各等級降水日數(shù)月變化情況，可以看到，各等級降水日數(shù)進入5月份后開始明顯增加。小雨和中雨日數(shù)在8月達到最大值，小雨平均每年每個站點約有11 d，中雨有3.8 d左右；大雨日數(shù)在9月達到最大值，約有2.3 d；暴雨、大暴雨、特大暴雨的日數(shù)在10月達到最大值，分別為1.19、0.52、0.12 d。從圖2還可以看到，大雨、暴雨、特大暴雨日數(shù)呈現(xiàn)出雙峰結(jié)構(gòu)，而小雨、中雨、大暴雨日數(shù)均為單峰結(jié)構(gòu)。

圖2 1981—2017年海南島汛期各等級降水日數(shù)月平均分布

2.2.2 年際變化 圖3給出了汛期各等級降水日數(shù)的年際變化。汛期降水量(圖略)從20世紀80年代到90年代變化相對比較平緩，2000年后變化幅度開始加大，在2010年汛期降水量達到最大值，為2 016.9 mm，1987年最小為1 011.8 mm。汛期降水量的趨勢變化整體為上升趨勢，趨勢系數(shù)為0.29，沒有通過0.05顯著性檢驗，利用Mann-Kendall對降水序列做氣候突變檢驗，發(fā)現(xiàn)在2005年前后出現(xiàn)了降水增多的顯著突變。從各等級降水日數(shù)來看(圖3)，除小雨日數(shù)變化趨勢為減少外，其余各等級降水日數(shù)呈增多趨勢，其中暴雨和特大暴雨日數(shù)的變化趨勢系數(shù)為0.38、0.48，通過0.05顯著性檢驗。從圖3還可以看到，各等級降水日數(shù)在2005年前后均經(jīng)歷了一次由少到多的轉(zhuǎn)變，這與汛期降水量突變相一致，利用Mann-Kendall進行突變檢驗，發(fā)現(xiàn)只有暴雨日數(shù)通過0.05顯著性檢驗。2005年前后暴雨日數(shù)差值分布圖(圖略)顯示，除了五指山暴雨日數(shù)差值為負值外，其余市縣均為正值，說明2005年前后大部分市縣暴雨日數(shù)經(jīng)歷了由少到多的轉(zhuǎn)變，大值區(qū)分布在東部、南部沿海、西北部地區(qū)，其中三亞達到2 d左右，即2005年后暴雨日數(shù)較2005年之前平均每年增加了約2 d。

圖3 1981—2017年海南島汛期各等級降水日數(shù)年際變化

3 各等級降水日數(shù)與降水量的相關(guān)性

圖4給出了汛期各等級降水日數(shù)與降水量之間的相關(guān)系數(shù)分布，可以看到, 隨著降水等級的增大，相關(guān)系數(shù)也相應(yīng)的變大，尤其是到大雨，通過顯著性檢驗的區(qū)域迅速擴大。小雨日數(shù)與降水量的相關(guān)系數(shù)很小，均在0.3以下，沒有通過0.05顯著性檢驗，中雨日數(shù)只有東方站通過0.05顯著性檢驗，大雨卻有13個站通過0.05顯著性檢驗，暴雨和大暴雨則是所有站均通過0.05顯著性檢驗，特大暴雨有16站通過0.05顯著性檢驗，只有瓊中和陵水沒有通過顯著性檢驗。從全島各等級降水日數(shù)區(qū)域平均來看，降水量與各降水等級日數(shù)的相關(guān)系數(shù)從大到小依次為暴雨(0.82)、大暴雨(0.79)、特大暴雨(0.69)、大雨(0.60)、中雨(0.58)、小雨(0.41)，相關(guān)性最好的是暴雨，相關(guān)性最差的是小雨。

圖4 1981—2017年海南島汛期各等級降水日數(shù)與降水量的相關(guān)系數(shù)分布(陰影表示通過0.05顯著性檢驗)(審圖號為GS(2016)1665號)

4 各等級降水在汛期降水量中的貢獻

圖5給出了汛期各等級降水量/降水日數(shù)占總降水量/占總降水日數(shù)的比例。由圖5可看到，降水量貢獻最大的為大雨，其次為暴雨;貢獻最小的為特大暴雨,其次為小雨。小雨和中雨的降水日數(shù)雖然占總降水日數(shù)的比例約80%，但是降水量貢獻率只有30%， 所以對降水量的影響不大；而大雨以上的降水日數(shù)雖然只占總降水日數(shù)約20%，但其降水量貢獻率達到70%。這與從各等級降水日數(shù)與降水量的相關(guān)性分析的結(jié)果較為一致。特大暴雨降水日數(shù)只占總降水日數(shù)的0.36%，但其降水量貢獻率卻達到6%。從表1(見第51頁)可以看出：除了文昌、萬寧、陵水、三亞、東方等幾個沿海市縣為暴雨對汛期降水量貢獻率最大外，其余市縣均為大雨貢獻最大，大部分市縣降水量貢獻率最大的前兩個降水等級為大雨和暴雨，只有五指山、樂東為大雨和中雨；除昌江小雨和臨高大暴雨對降水量貢獻最小外，其余各市縣均為特大暴雨貢獻最小，大部分市縣貢獻率最小的前兩個等級為特大暴雨和小雨，只有西部地區(qū)的昌江和臨高為大暴雨和小雨，白沙為特大暴雨和大暴雨。

表1 1981—2017年海南島汛期各市縣不同等級降水量及貢獻 單位：mm

圖5 1981—2017年海南島汛期各等級降水量/降水日數(shù)占汛期總降水量/總降水日數(shù)的比例

5 各等級降水對旱澇的影響

為了進一步分析不同等級降水在汛期旱澇年中的影響，采用正態(tài)化Z指數(shù)來劃分旱澇等級，具體做法參考文獻[20],以此選出澇年為2000、2001、2008、2009、2010、2011、2016年，旱年為1987、1999、2003、2004、2006、2015年，并對旱澇年各降水等級距平情況進行分析(見表2)。在汛期降水偏多年，小雨有近一半的站為負距平，所有站均未通過0.05顯著性檢驗；中雨雖然有16站為正距平，但只有2站通過0.05顯著性檢驗；大雨有11站為正距平，通過0.05顯著性檢驗的只有3站；暴雨、大暴雨和特大暴雨幾乎所有站均為正距平，且通過0.05顯著性檢驗的站達一半左右(暴雨7個、大暴雨9個、特大暴雨9個)?？梢姳┯昙捌湟陨辖邓畬衬杲邓挠绊戯@著，而小雨、中雨和大雨的影響不大。在汛期降水偏少年，大多數(shù)站為負距平，其中小雨有4站通過0.05顯著性檢驗，中雨有7站通過0.05顯著性檢驗，大雨、暴雨、大暴雨有一半左右的站通過0.05顯著性檢驗(大雨8個、暴雨9個、大暴雨9個)，特大暴雨通過0.05顯著性檢驗的站比較少?？梢姶笥辍⒈┯?、大暴雨對旱年降水影響顯著，特大暴雨、小雨、中雨的影響不顯著。從旱澇年各等級降水分布(圖6)可以看出，小雨、中雨對旱澇年降水影響不顯著，暴雨、大暴雨無論是澇年還是旱年均有顯著影響，特大暴雨只是對澇年影響較大，對旱年影響不大，大雨對旱年影響較大，對澇年影響不大；因此，海南島汛期旱澇變化主要關(guān)注暴雨及其以上等級的降水變化，大雨雖然在總降水量中所占的比例最大，但只是對旱年影響較大，對澇年的影響不顯著。

表2 1981—2017年海南島汛期旱澇年份各等級降水統(tǒng)計 單位：站

圖6 1981—2017年海南島汛期降水偏多、偏少年不同等級平均降水量

6 結(jié)論

選用海南島18個市縣氣象觀測站1981—2017年5—10月日降水資料，利用線性趨勢、相關(guān)系數(shù)等方法，研究了海南島汛期降水的變化特征及其與旱澇之間的關(guān)系，得出以下幾點結(jié)論。

(1)小雨日數(shù)的大值區(qū)主要分布在中部山區(qū)，中雨、大雨日數(shù)的大值區(qū)主要分布在中部、東南部地區(qū)，暴雨、大暴雨的大值區(qū)主要分布在中部、東部地區(qū)，而特大暴雨以上日數(shù)的大值區(qū)域主要分布在西部的臨高、昌江一帶。 大雨、暴雨、特大暴雨日數(shù)月變化呈現(xiàn)出雙峰結(jié)構(gòu)，而小雨、中雨、大暴雨日數(shù)均為單峰結(jié)構(gòu)。

(2)除小雨日數(shù)呈減少趨勢外，其余各等級降水日數(shù)均呈現(xiàn)出增多趨勢，暴雨和特大暴雨的變化趨勢較為明顯，且暴雨日數(shù)在2005年前后出現(xiàn)增多的突變。

(3)各等級降水日數(shù)與總降水量相關(guān)性由高到低依次為暴雨、大暴雨、特大暴雨、大雨、中雨、小雨。大部分市縣降水貢獻率最大的前兩個等級是大雨和暴雨，貢獻率最小的前兩個等級是特大暴雨和小雨。

(4)小雨、中雨對旱澇年降水影響不顯著，暴雨、大暴雨無論是澇年還是旱年均有顯著影響，特大暴雨僅對澇年影響較大，大雨對旱年影響較大。