張?zhí)焓?，蔡英纓，符 曦

(1.海南省氣象服務中心，?？?570100；2.海南省南海氣象防災減災重點實驗室，?？?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，這說明旱澇災害的發(fā)生與降水量有關，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、暴雨洪澇災害[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相當暴雨日數(shù)關系相當密切，與中雨和小雨日數(shù)的關系不明顯；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系的研究并不多見。本文在已有研究的基礎上，選用海南島18個市縣日降水資料，采用線性趨勢、相關系數(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)降水等級劃分標準，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?？梢钥吹礁鞯燃壗邓諗?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，當偏東氣流受五指山阻擋會產(chǎn)生爬山運動，并導致迎風坡和背風坡雨量分布的變化，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“納莎”、2016年第8號臺風“電母”等)，海南島西部處于熱帶氣旋路徑的向岸風或五指山迎風坡，在海陸風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)出雙峰結構，而小雨、中雨、大暴雨日數(shù)均為單峰結構。

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系數(shù)分布，可以看到, 隨著降水等級的增大，相關系數(shù)也相應的變大，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)，相關性最好的是暴雨，相關性最差的是小雨。

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)與降水量的相關性分析的結果較為一致。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)。可見暴雨及其以上降水對澇年降水的影響顯著，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?、暴雨、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系，得出以下幾點結論。

(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)出雙峰結構，而小雨、中雨、大暴雨日數(shù)均為單峰結構。

(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。