中国热带农业科学院香料饮料作物遗传改良与品质调控重点

1961～2010 年海南兴隆气候变化趋势与突变分析 ①李志刚 ② 王 灿 祖 超 郑维全 鱼 欢 杨建峰 ③(中国热带农业科学院香料饮料研究所/海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室/农业部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室 海南万宁 571533)摘 要 利用趋势分析和 Mann-kendall 检验统计方法对海南省万宁市兴隆旅游经济区近 50 年(1961～2010 年)降水量、 气温和相对湿度等气象因子进行趋势分析和突变分析。 结果表明： 兴隆地区年平均温度呈明显上升趋势, 变化倾向率约 0.288℃/(10 a)； 年降水量变化整体变化呈下降趋势, 但未能通过显著性检验； 年平均相对湿度的变化整体上表现出下降趋势, 变化倾向率为 -1.052%/(10 a)； 兴隆地区年平均气温的自 20 世纪 70 年代起开始呈现升高趋势, 到 1990 年左右发生了突变, 但年降水量、 相对湿度未发现突变点。 综上所述, 兴隆地区近 50 年来气候变化趋势与全国范围基本一致, 增温幅度略高于全岛水平； 而降水量变化趋势与海南岛相反, 呈现出微弱的线性下降趋势。关键词 海南兴隆 ； 气候变化 ； 趋势分析 ； 突变分析 ； Mann-Kendall 检验中图分类号 P467 文献标识码 A Doi： 10.12008/j.issn.1009-2196.2017.06.010Analysis of Climate Trend and Abrupt Climate Change from1961 to 2010 in Xinglong, Wanning, HainanLI Zhigang WANG Can ZU Chao ZHENG Weiquan YU Huan YANG Jianfeng(Spice and Beverage Research Institute, CATAS / Key Laboratory of Genetic Resources Utilization ofSpice and Beverage Crops, Ministry of Agriculture / Hainan Key Laboratory of Genetic Improvementand Quality Regulation for Tropical Spice and Beverage Crops, Wanning, Hainan 571533)Abstract The data on climatic factors such as precipitation, temperature and relative humidity in thepast 50 years (1961 ～ 2010) in Xinglong, Wanning, Hainan Province were used to analyze the climatetrend and abrupt climate change by using the method of trend analysis and Mann-kendall test. The resultsshowed that the annual mean temperature was significantly increased with the linear trend rate of 0.288Co(10a)-1. The annual precipitation tended to decrease but did not pass the significance test. The annualaverage relative humidity showed a downward trend, with a trend rate of -1.052%o(10a)-1. The annualaverage temperature started to show a rising trend from 1970s, but an abrupt climate change occurred inaround 1990. No abrupt climate change was observed in the annual precipitation and relative humidity. Itwas concluded that the climate trend in the past 50 years in Xinglong was generally consistent with thatin the whole country. The annual average temperature was slightly higher in Wanning than in the wholeHainan Island, and the annual average precipitation trend in Wanning was opposite to that in the wholeHainan Island and showed a weak linear downward trend.Keywords Hainan Xinglong ; climate change ; trend analysis ; abrupt change analysis ; Mann-KendalltestVol.37, No.62017 年 6 月CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE第 37 卷第 6 期Jun. 2017① 基金项目： 中国热带农业科学院基本科研业务费专项(No.09)。

收稿日期： 2017-04-07； 责任编辑/郑淑娟； 编辑部 E-mail: 。② 李志刚(1981～), 男, 硕士, 助研, 主要研究方向为热带生态农业研究, E-mail: 。③ 通讯作者： 杨建峰(1979～), 男, 硕士, 副研究员, 主要研究方向为热作栽培研究。43 - -万方数据2017 年 6 月 第 37 卷第 6 期 热带农业科学近年来, 气候变化规律成为中国气象界普遍关注的热点问题, 许多科技人员针对我国气候变化规律开展研究, 并取得一定进展 [1-6] 。 关于海南岛的气候变化特征也有过一些研究： 周茂华等 [7] 研究了海南岛各季和年的平均气温和降水量的统计特征；吴慧等 [8] 利用小波分析对全岛月平均气温和降水量的多层次时间尺度结构作了详细分析； 陈小丽等 [9]采用 Mann-Kendall 检验方法分析了海南岛近 42 年气候变化特征。 类似的研究均针对海南全岛范围进行大尺度的年际动态比较分析, 但岛内各县由于地理位置和地形的不同, 形成的一些典型气候类型区的气候变化规律特征尚未见报道。 本文分析了海南兴隆 1961～2010 年的降水量、 平均气温和相对湿度的变化情况, 讨论该区域的气候变化规律特征,以期为今后开展气候变化对该区域农业活动等影响的研究提供理论依据。

1 研究区域概况兴隆位于海南省东南部万宁市境内, 距万宁市城区 25 km, 海榆东线公路 205 km 处, 是海南省著名旅游胜地。 该地区东临南海 (距海边约 10 km) , 三面环山, 日照充足, 长夏无冬, 湿度大、 雨量充沛, 属典型的热带季风气候, 绝大多数热带、 亚热带植物在这里均能正常生长开花结果, 有着我国其它热带、 亚热带地区所不可比拟的气候条件。2 资料与方法本研究的所有气象数据, 由兴隆华侨农场气象站提供。 气象站观测场位于北纬 18°45’, 东经110°08’, 海拔高度约 26.0 m。 本文首先利用一元线性回归、 5 a 趋势滑动和多年趋势线进行气候变化趋势与特征分析； 其次对气候要素气温、 降水量、 相对湿度进行气候突变分析。 检验气候要素突变的方法较多, 文中主要采用 Mann-Kendall 法对气候要素进行突变分析。 具体的突变分析过程详见文献[10-11], 在此不作赘述。3 结果与分析3.1 气温变化特征分析1961～2010 年兴隆地区年平均气温呈上升趋势(图 1), 变化倾向率为 0.288℃/(10 a)(表 1)。总体上与全球平均气温变化趋势一致, 但变化规律与幅度有所不同, 增温幅度略高于陈小丽等 [9] 得出的海南岛年平均气温以 0.27℃/(10 a)的倾向率上升的研究结果。

有研究表明,在全球变暖的气候背景下海南兴隆气候好不好, 自20 世纪以来的 100 年间全球平均气温升高了 0.3～0.6℃ [12] 。 李庆祥等 [13] 研究表明： 1954～2006 年我国平均气温增暖趋势约为(0.26±0.032)℃/(10 a),冬季最大为(0.35±0.046)/(10 a), 春季为(0.25±0.051)/(10 a), 秋季为(0.22±0.055)/(10 a), 夏季最小为(0.16±0.037)/(10 a)。 用线性倾向估计分析 1961～2010 年兴隆地区春、 夏、 秋、 冬及年平均气温的变化趋势, 结果见表 1。 兴隆地区近 50年来春、 夏、 秋、 冬及年平均气温随时间变化均呈现出显著的线性增加趋势, 线性倾向率大小顺序为： 冬＞秋＞年平均＞夏＞春。 与全国范围相比较, 除冬季外, 兴隆地区春、 夏、 秋季的气温升高的线性倾向率均较大, 但冬季仍为该地区升温最明显的季节, 升温速率为 0.325℃/(10 a)。2726252423年平均温度5 年滑动平均50 年平均线性(年平均温度)1961 1968 1975 1982 1989 1996 2003 2010年份图 1 1961～2010 年兴隆地区平均气温变化趋势表 1 平均气温的年、 季线性倾向估计(℃)气温 回归方程相关系数变化率/[℃•(10a) -1 ]春 Y＝0.026 8X－27.711 0.594 ** 0.268夏 Y＝0.027 8X－27.073 0.674 ** 0.278秋 Y＝0.031 5X－37.061 0.633 ** 0.315冬 Y＝0.032 5X－44.550 0.497 ** 0.325年 Y＝0.028 8X－32.483 0.747 ** 0.288说明 ： ** 代表置信度超过 0.01 。

44 - -万方数据李志刚 等 1961～2010 年海南兴隆气候变化趋势与突变分析3.2 降水变化特征分析兴隆地区 1961～2009 年多年平均降水量为2 150.8 mm,降水变化周期短海南兴隆气候好不好, 整体变化呈下降趋势(图 2), 但未能通过显著性检验。 这一结果与左洪超等 [14] 对全国范围内降水量变化的研究结果一致； 而与陈小丽等 [9] 的研究结果相反, 其研究表明, 1961～2002 年海南岛降水量连时间的增加呈弱的上升趋势, 以 42.9 mm/(10a)的倾向率增加。整体上来看兴隆地区在 20 世纪 60、 70 年代降水量变化较大, 近 50 年雨量最大的十年中有 6年发生在这一时期, 其中包括雨量最大年 (1972 年的3 042.5 mm) 和次大年 (1973 年的 3 003.1 mm) ； 同时, 雨量最少的 10 年也有 4 年在这一时期, 其中雨量最小年 (1977 年的 1 084.5 mm) 。 80 和 90 年代是雨量相对来说变化不剧烈的丰雨时期, 这一时期的平均降水量在 2 183 mm 左右。 然而, 进入 21 世纪后, 降水量显著下降到 1 990 mm, 且 2000～2009 年有 8 年的降水量低于多年平均值或持平, 有 3 年是雨量最少的十年之一。

韩奇等 [9] 对海南儋州近年气候变化的研究也得出了同样的结果。海南四季不分明, 当地人习惯将每年的 5～10月称为雨季 (也是台风季节) 。 由图 3 可知, 11 月至次年 4 月称为旱季。 雨季的降水量占全年降水量的75.1%, 雨季 6 个月的平均降水量为 269.1 mm； 旱季的降水量占全年降水量的 24.9%, 旱季 6 个月的平均降水量为 89.4 mm。 因此, 雨季、 旱季之分明显。从多年平均降水量的月度分布情况可见, 兴隆地区降水量的月度分布较不均匀, 9、 10 月为全年降水最为集中的月份, 占全年 31.3%, 降水量分别为406.8、 376.2 mm。 12 月至次年 3 月的降水量最小,在 38.1～59.7 mm, 降水最多月 9 月的降水量是最少月 1 月的 10 余倍。 原因为 9、 10 月份是台风天气最频繁发生的月份, 台风带来的强降水天气是这2 个月份降水量高的主要原因, 如： 1973、 1978 年9 月的降水量都超过了 1 000 mm, 分别为 1 053.3和 1 010.9 mm。 1973 年 9 月 14 日, 在琼海登陆的7314 号 18 级超强台风 “玛琪” 和 1978 年 9 月 24、29 日分别在陵水、 琼海登陆的 2 次 9 级热带气旋,是造成这 2 个时间降水量较集中的重要原因。

3.3 相对湿度变化特征分析兴隆 1961～2010 年平均相对湿度的变化整体上表现出显著的线性下降趋势 (α＝0.05) , 变化倾向率为 -1.052%/(10a), 见图 4 (年份) 。 1968 年全年平均相对湿度最高, 超过 90%； 最低年为 2006 年的 80.33%； 自 1995 年起, 年平均相对湿度均低于多年平均值 84.74%, 降低趋势明显。 从近 50 年来多年月平均相对湿度来看, 兴隆地区相对湿度的各月分布大致上呈双峰型。 相对湿度的最大值出现在9 月, 次大值出现在 2、 8 月, 最小值出现在 12月, 次小值出现在 11 月, 见图 4 (月份) 。3.4 气候变化的突变分析利用 Mann-Kendall 法对兴隆地区 1961～2010年平均气温、 年降水量和相对湿度进行突变检验,见图 5。 分析发现： 自 20 世纪 70 年代以来, 兴隆地区年平均气温有一明显的增暖趋势, 90 年代后这种增暖趋势大大超过 0.05 临界线, 表明 90 年代起兴隆气温的上升趋势十分显著。 UF 和 UB 曲线的交点位于 0.05 临界线内(图 5), 因此可确定兴隆地区的气温变化在 1990 年前后发生了突变。

而陈3 500年合计 多年平均降雨量1960 1970 1980 1990 2000 2010年份图 2 1961～2010 年兴隆地区降水量变化趋势1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月份51000图 3 兴隆地区年降水量的各月份分布45 - -万方数据2017 年 6 月 第 37 卷第 6 期 热带农业科学4 讨论本文分析了海南兴隆地区近 50 年来年平均气温、 降水量和相对湿度的变化规律, 结果表明： 兴隆地区年平均温度呈明显上长升趋势, 变化倾向率约 0.288℃/(10 a)； 年降水量变化整体变化呈下降趋势, 但未能通过显著性检验； 有明显的雨旱季之分,9、 10 月是降水最多月； 年平均相对湿度的变化整体上表现出下降趋势, 变化倾向率为 -1.052%/(10 a)；兴隆地区的年平均气温自 20 世纪 70年代起开始呈现升高趋势, 到 1990 年前后发生了突变, 年降水小丽等 [9] 的研究发现, 海南岛年平均气温在 1961～1986 年处于波动下降阶段, 1986～2002 年处于波动上升阶段, 1986 年前后发生突变, 1987 年开始增暖趋势显著 (α＝0.05) 。

兴隆地区的气温变化与海南变化在趋势上基本一致, 但相对来说变化延后2～3 年。年降水量的 Mann-Kendall 突变检验呈现多个突变点, 但 UF、 UB 曲线均在置信线内振荡, 并无显著变化趋势, 因此兴隆地区年降水量未发生突变。 相对湿度的 Mann-Kendall 突变检验 UF 曲线表现出下降趋势, 但曲线交点(1994 年)位于临界线外, 因此不是突变点, 但仍可以看出兴隆地区相对湿度从 1969 年开始出现下降趋势, 到 1987 年开始极显著下降。92978年平均湿度多年平均线性(年平均湿度)1960 1970 1980 1990 2000 2010年份1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月份88878685848382图 4 兴隆地区 1961～2010 年平均相对湿度变化趋势及月度比较86420-2-41960 1970 1980 1990 2000 2010年份1960 1970 1980 1990 2000 2010年份420-2-4-6-8平均气温年降水量UF UB 置信线 相对湿度420-2-4-6-81960 1970 1980 1990 2000 2010年份图 5 兴隆年平均气温、 年降水量、 相对湿度的 M-K 法突变检验突变曲线(α＝0.01)46 - -万方数据李志刚 等 1961～2010 年海南兴隆气候变化趋势与突变分析量、 相对湿度的 Mann-Kendall 未发现突变点。 兴隆地区东面临海, 三...