周秀華 肖子牛

1 廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧530022

2 中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029

1 引言

我國西南周邊地區(qū)近年來出現(xiàn)了連續(xù)干旱的極端事件，主要有2005年春季云南異常干旱，2006年夏季川渝地區(qū)特大干旱，以及2009年秋至2010年春以云南、貴州為中心的5個(gè)省份的旱災(zāi)（黃榮輝等，2012），造成了難以估量的損失，備受人們關(guān)注。其中從2009年秋季至2010年春季我國西南地區(qū)發(fā)生的嚴(yán)重干旱，無論持續(xù)時(shí)間和發(fā)生區(qū)域或降水減少程度都是近 50年來所罕見的，一些專家學(xué)者從不同角度對該事件做出了分析（宋潔等，2011；黃榮輝等，2012；錢維宏和張宗婕，2012）。該區(qū)域氣候多變，近年發(fā)生的持續(xù)性干旱，其中的影響因素很多，物理機(jī)制也較復(fù)雜，值得我們深入探討研究。

該地區(qū)降水量時(shí)空分布變化很大，降水空間分布不均，并有明顯的干濕季之分，雨季降水量約占全年的 85%以上，干季僅占 15%左右（段旭等，2000）?？梢娤募竞颓锛窘邓谡麄€(gè)西南地區(qū)的年降水中占有重要比例，夏、秋兩季降水的變化直接影響到全年降水的變化形勢。劉麗等（2011）的研究結(jié)果指出，云南省的年總降水量和強(qiáng)降水事件的發(fā)生分布均具有明顯的年代際變化特征，而 20世紀(jì) 70年代至 90年代初期為強(qiáng)降水事件的稀發(fā)時(shí)期。近 60年以來，我國西南地區(qū)年平均降水呈現(xiàn)明顯減少趨勢，其中秋季降水距平線性減少12%，秋季降水和年平均降水趨勢均呈現(xiàn)顯著減少（李聰?shù)龋?012）。

我國西南周邊地區(qū)地處低緯高原，受到東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)的共同影響，是兩支季風(fēng)的交匯區(qū)，也是季風(fēng)變異的敏感區(qū)，因此其氣候受季風(fēng)活動(dòng)影響明顯。季風(fēng)活動(dòng)存在多時(shí)間尺度的變化特征，是氣候系統(tǒng)多要素相互作用的結(jié)果。很多研究指出亞洲季風(fēng)存在減弱的趨勢（Wang，2001），東亞季風(fēng)的減弱造成了中國南澇北旱的格局（王會(huì)軍和范可，2013；丁一匯等，2013）。從 20世紀(jì) 70年代中期開始，東亞夏季風(fēng)和冬季風(fēng)呈減弱趨勢，齊冬梅等（2012）分析認(rèn)為，東亞夏季風(fēng)減弱是西南地區(qū)年降水減少的一個(gè)重要影響原因。另有研究發(fā)現(xiàn)云南地區(qū)降水與南亞季風(fēng)的關(guān)系比東亞季風(fēng)更緊密（Li et al, 2014）。云南等西南地區(qū)秋冬春連旱偏多的原因之一可能與孟加拉灣季風(fēng)結(jié)束偏早有關(guān)（李聰?shù)龋?012）。也有很多研究針對西南地區(qū)降水的年代際變化特征的相關(guān)背景做出了研究（陶云等，2003；陸曼云等，1987；李永華等，2012；楊輝等，2012），認(rèn)為在少雨時(shí)期和多雨時(shí)期，高低空大氣環(huán)流有差異較明顯的分布型態(tài)，包括高低空急流、南亞高壓位置、孟加拉灣南支槽活動(dòng)等系統(tǒng)均有體現(xiàn)。

那么西南周邊地區(qū)這種連年干旱的發(fā)生是偶然的極端事件，是年際變化振蕩，還是更長的年代或年代際以上的變化趨勢？這是一個(gè)有重要現(xiàn)實(shí)意義的科學(xué)問題。前人對我國西南周邊地區(qū)降水特征已經(jīng)開展了較多研究，并分析了影響降水的大氣環(huán)流背景。但是，上述研究中缺少合理描述影響研究區(qū)域夏、秋季節(jié)降水的季風(fēng)活動(dòng)的指標(biāo)，另外特別針對影響降水年代際大氣環(huán)流異常探究較少，尤其是秋季的情形。本文著重分析西南周邊地區(qū)夏、秋季節(jié)降水的變化特征，將從季風(fēng)活動(dòng)、環(huán)流場背景等方面探討降水變化的可能影響機(jī)制。西南區(qū)域氣候變化直接關(guān)系到區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、水資源利用、環(huán)境變化、人民生活等一系列重大問題。因此，開展西南周邊地區(qū)降水變化特征的分析，特別是該區(qū)域濕潤季節(jié)的變化趨勢分析有著重要的科學(xué)意義，對我們的防災(zāi)減災(zāi)工作提供信息。

2 資料和方法

在本文中，降水觀測數(shù)據(jù)包括云南省 124站1961～2009年觀測資料，以及來自CRU（Climatic Research Unit）1901～2009 年高分辨率（0.5°×0.5°）全球格點(diǎn)月平均地面數(shù)據(jù)集 CRU_TS_3.10（Harris et al., 2014）。與其他類似資料相比，CRU資料在其重建過程中包括了嚴(yán)格的時(shí)間均一性檢驗(yàn)，空間分辨率更高，時(shí)間尺度更長，已經(jīng)被廣泛用于全球氣候變化的科學(xué)研究中（Folland et al., 2001; Jones et al., 2001）。風(fēng)場資料采用 NCEP/NCAR（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）的1960～2009年逐月的再分析資料（2.5°×2.5°）（Kalnay et al., 1996）。

我們選擇西南周邊地區(qū)（10°～30°N，90°～115°E）作為研究區(qū)域。采用的主要統(tǒng)計(jì)方法有相關(guān)分析，合成分析，Morlet小波分析，滑動(dòng)平均處理，利用最小二乘法計(jì)算線性趨勢等。

3 我國西南周邊地區(qū)降水的變化特征

3.1 四季降水時(shí)空變化特征

圖1給出了西南周邊地區(qū)降水量分布及其季節(jié)演變圖，可以看到該區(qū)域降水量呈現(xiàn)出明顯的空間分布不均特征。春季大值中心位于云南西側(cè)的高原南麓和華南區(qū)域，達(dá)到400 mm，而云南等區(qū)域的降水量較??；夏季沿孟加拉灣東岸的中南半島西部降水量最多，超過 1800 mm的范圍形成明顯的雨帶，而西南地區(qū)及其以南的中南半島中部仍然是相對的降水量小值區(qū)；秋季降水量由半島東南西三面沿海地帶向北遞減，沿海地帶降水量達(dá)到400 mm以上；冬季整個(gè)區(qū)域進(jìn)入干旱季節(jié)，只在中南半島東部沿岸及我國華南有少量降水?？傮w上，從西南周邊地區(qū)的降水量的氣候分布圖可以看到，各個(gè)季節(jié)東南西三面沿海地帶降水量多于內(nèi)陸，東西兩側(cè)沿海地區(qū)降水量較大，夏季至冬季降水量分布大值區(qū)從西向東推移，我國西南地區(qū)處于降水量相對小值區(qū)。這一分布特征的形成和其地形有關(guān)，也和季風(fēng)活動(dòng)有關(guān)。一般認(rèn)為，西南地區(qū)東面的區(qū)域是受到東亞季風(fēng)的控制，其西面恰好是受到南亞季風(fēng)的影響。

從云南省內(nèi)124站實(shí)測降水、云南地區(qū)（20°～30°N，97°～107°E）及整個(gè)西南周邊地區(qū)（10°～30°N，90°～115°E）CRU全年累積降水量的逐年演變曲線可以看到（圖2），云南地區(qū)和西南周邊地區(qū)兩個(gè)區(qū)域全年降水量的年際變化特征具有較高一致性，旱澇年份都有很好的對應(yīng)，而且兩個(gè)區(qū)域四個(gè)季節(jié)降水量序列也體現(xiàn)同樣的關(guān)系（圖略）。這體現(xiàn)了它們的降水性質(zhì)相似，影響因素相近。因此，本文通過進(jìn)一步分析研究區(qū)域的降水時(shí)間變化特征，試圖找出近年來我國西南地區(qū)連續(xù)干旱的可能原因。

近 50年來西南周邊地區(qū)不同季節(jié)降水量的變化特征在圖3中給出。從其原始序列可以看到（圖3a、3c、3e、3g），各季節(jié)降水量除了存在各自的年際變化特征外，還存在明顯的年代際振蕩特征，尤其是春、夏、秋三個(gè)季節(jié)。從九點(diǎn)滑動(dòng)平均處理后的曲線（紅色實(shí)線）可知，春季降水量在 20世紀(jì)70年代至80年代初，該區(qū)域降水量處于異常多的時(shí)期，之后直到 20世紀(jì)末為降水量負(fù)異常時(shí)期，進(jìn)入 21世紀(jì)主要呈現(xiàn)另一個(gè)多雨時(shí)期。夏季降水從1975年之后進(jìn)入降水量偏少時(shí)期，1995年后又回復(fù)到降水量正距平。而秋季降水從 1990年之后進(jìn)入降水量偏少時(shí)期。值得注意的是，2005年以后，夏、秋季降水同時(shí)呈現(xiàn)降水負(fù)異常。事實(shí)上 1960年至今，在我國西南地區(qū)夏季降水量線性趨勢-170.4 mm (100 a)-1，秋季降水量線性趨勢-62.5 mm (100 a)-1（圖略），均呈現(xiàn)減少趨勢。

圖3b、3d、3f和3h給出了累積降水量異常的逐年演變曲線，更明顯的呈現(xiàn)出各季節(jié)降水量發(fā)生了多次轉(zhuǎn)折，存在多個(gè)年代際振蕩的相位，曲線的拐點(diǎn)的位置表示多雨期和少雨期交替出現(xiàn)的時(shí)間。例如夏季在 1975年的極大值說明在該年之后降水量開始出現(xiàn)負(fù)距平，并能一直持續(xù)到下一個(gè)極小值點(diǎn) 1993年。另外，春季和冬季的累積距平基本保持負(fù)值，不同的是春季降水量正負(fù)振蕩相比冬季較多。春季降水量累計(jì)距平曲線在20世紀(jì)70年代中期以及 90年代末以后呈上升趨勢，冬季降水量累計(jì)距平則從20世紀(jì)80年代末開始一直上升，這表明降水量在相應(yīng)時(shí)段具有較明顯的增加趨勢，而冬季降水量 1990之前的極小值點(diǎn)可以初步識(shí)別為突變點(diǎn)。同時(shí)期對比夏季和秋季，累積降水量距平曲線基本是相反的走勢。

綜上所述，西南周邊地區(qū)不同季節(jié)的降水量有明顯的年際、年代際變化差異，但更為主要的是季節(jié)降水量在過去 50年各時(shí)段的變化趨勢是不相同的，我國西南地區(qū)夏、秋累積降水量呈現(xiàn)顯著減少趨勢。西南周邊地區(qū)降水量的年際變化圖（圖3）顯示，夏季降水量在 2000年以后處于一個(gè)降水減少時(shí)期，同時(shí)秋季降水在 2000年以后仍處于一個(gè)降水量負(fù)異常階段。

3.2 夏、秋季及其累積降水特征和周期分析

由于受到季風(fēng)活動(dòng)的影響，西南周邊地區(qū)的降水具有明顯的干、濕季節(jié)分別。如果考察其四季的降水量，可以看到，西南周邊地區(qū)春、夏、秋、冬季降水量分別占全年降水總量的 20%、51%、25%和4%。夏、秋兩季降水量最多，合占總量的75%以上，由此本文將夏季和秋季定為該區(qū)域的濕季節(jié)，重點(diǎn)對此季節(jié)的降水特征作進(jìn)一步解析。為方便對該地區(qū)濕季降水量做出有效可信的周期分析，我們選取時(shí)間跨度更長的 CRU歷史數(shù)據(jù)做出Morlet小波分析，圖4給出的是降水量標(biāo)準(zhǔn)化序列及其對應(yīng)的小波系數(shù)模的平方分布。

圖1 1901～2009年西南周邊地區(qū)（a）春、（b）夏、（c）秋、（d）冬季季節(jié)平均降水量（單位：mm）分布Fig. 1 Spatial structure of mean precipitation during 1901–2009 (units: mm): (a) March–April–May (MAM); (b) June–July–August (JJA); (c)September–October–November (SON); (d) December–February–January (DFJ)

圖2 1961～2009年降水量標(biāo)準(zhǔn)化序列。藍(lán)色為云南省臺(tái)站降水量，綠色為云南地區(qū)（20°～30°N，97°～107°E）的CRU降水量，紅色為西南周邊地區(qū)（10°～30°N，90°～115°E）的 CRU 降水量Fig. 2 Standardized series of annual precipitation during 1961–2009. Blue histograms stand for stations observations over Yunnan Province, green histograms are CRU (Climatic Research Unit) precipitation over Yunnan region (20°–30°N, 97°–107°E), and blue histograms represent CRU precipitation over surrounding regions of Southwest China (10°–30°N, 90°–115°E)

圖3 1960～2009年標(biāo)準(zhǔn)化降水量序列（左列；紅色線為9年滑動(dòng)平均曲線，藍(lán)色線為線性趨勢線，黑虛線為±1參考線）及其累積距平（右列）：（a、b）春；（c、d）夏；（e、f）秋；（g、h）冬F(xiàn)ig. 3 Time series of standardized precipitation (left; the red lines represent nine-year running average, the blue lines are linear trend, the black dashed lines are ±1 reference) and their departure accumulation (right) during 1961–2009: (a, b) MAM; (c, d) JJA; (e, f) SON; (g, h) DFJ

夏季、秋季以及兩季累積降水量普遍存在3～4年的年際變化周期，另外它們各自年代際尺度以上的周期也十分顯著。其中，夏季降水量在 1910～1930年期間存在準(zhǔn)10年的周期，但該周期信號(hào)在此后基本減弱消失。近100年普遍存在顯著的25～30年的周期，結(jié)合其時(shí)間序列分析，2005之后將進(jìn)入該周期的負(fù)位相時(shí)期，其影響下的夏季進(jìn)入降水量偏少時(shí)期（圖4a、4b）。秋季降水量為顯著的35年（1915～1990年）和準(zhǔn)10年（1940～1980年）周期，其中自 1990年以后該季節(jié)降水量一直處于35年周期的負(fù)位相，同樣是近年來秋季降水量為負(fù)距平的原因之一（圖4c、4d）。我們將夏、秋季降水量累加（圖4e、4f），得到其顯著周期為30年和5～10年周期，再結(jié)合其時(shí)間序列分析，2000年之后也將進(jìn)入 30年周期的負(fù)位相時(shí)期，意味著西南周邊地區(qū)的濕季降水量將迎來一個(gè)偏少的時(shí)期，可能是近年來西南地區(qū)連年干旱的重要原因。這對今后這一地區(qū)降水變化的趨勢預(yù)估具有極為重要的意義。

圖4 1901～2009年標(biāo)準(zhǔn)化降水量異常序列（左列）及其Morlet小波功率譜分析（右列）：（a、b）夏季；（c、d）秋季；（e、f）夏、秋季累積。在小波分析圖中（右列），縱坐標(biāo)是時(shí)間尺度，等值線是小波變換系數(shù)模的平方，陰影區(qū)域?yàn)槿ピ肼暫笸ㄟ^了90%信度檢驗(yàn)的區(qū)域，錐形曲線以外的點(diǎn)狀區(qū)域?yàn)槭堋邦^部影響”的邊界Fig. 4 Time series of standardized precipitation anomalies (left) and their power spectrum analysis of the Morlet wavelet (right) during 1901–2009: (a, b) JJA;(c, d) SON; (e, f) accumulation of JJA and SON. In wavelet analysis, the y-axis is the time scale, and the contour is the modulus square of the wavelet transform coefficients.The shaded areas (right) have passed the 90% confidence level, eliminating the noise of power spectrum, the dotted line areas represent the cone of influence

4 季風(fēng)活動(dòng)對西南干旱年的影響

由于研究區(qū)域地處亞洲季風(fēng)區(qū)，西南周邊地區(qū)同時(shí)受南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)的影響，夏季風(fēng)的活動(dòng)強(qiáng)度必然影響著該區(qū)域的實(shí)際降水量。很多研究指出我國云南初夏5月降水量與孟加拉灣季風(fēng)有密切關(guān)系（晏紅明等，2003；鄭建萌和段旭，2005；陳艷等，2006）。也有研究（李聰?shù)龋?012）指出孟加拉灣季風(fēng)結(jié)束偏早使得云南干季降水量減少。而馬鋒波等（2009）認(rèn)為南海季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)強(qiáng)弱對于云南年降水量的影響大于南亞季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)，另外云南年降水量與亞洲季風(fēng)指數(shù)相關(guān)性存在明顯的年代際振蕩變化。Wang and Lin（2002）的研究還發(fā)現(xiàn)，亞洲地區(qū)在南亞季風(fēng)區(qū)和西太平洋季風(fēng)區(qū)之間，即中南半島和云貴高原一帶，還存在著一個(gè)過渡區(qū)，在該過渡區(qū)內(nèi)季風(fēng)降水量的變化與其他幾個(gè)季風(fēng)區(qū)的不同。Lü et al.（2006）提出亞洲夏季風(fēng)最先在中南半島南端及其毗鄰的安達(dá)曼海爆發(fā)（平均在5月2候），并且該區(qū)域的季風(fēng)活動(dòng)強(qiáng)弱能對西南周邊地區(qū)整個(gè)雨季降水有持續(xù)的影響作用。因此，在本節(jié)我們考察西南周邊地區(qū)降水量與中南半島季風(fēng)活動(dòng)的關(guān)系。采用該區(qū)域的季風(fēng)指數(shù)來代表中南半島季風(fēng)的強(qiáng)度，季風(fēng)指數(shù)的表征參考Webster and Yang（1992）的定義，計(jì)算區(qū)域中南半島南端及其毗鄰的安達(dá)曼海域（10°～15°N，90°～110°E）的850 hPa和200 hPa平均緯向風(fēng)的差。

考察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域秋季降水量序列與所取秋季季風(fēng)指數(shù)相關(guān)性，相比夏季的降水量與夏季指數(shù)好，特別是與 10月份的季風(fēng)指數(shù)相關(guān)系數(shù)很高。如圖5所示，整個(gè)秋季降水量與10月季風(fēng)指數(shù)相關(guān)系數(shù)為 0.34，10月降水量與 10月季風(fēng)指數(shù)達(dá)0.47，均通過了 95%的信度檢驗(yàn)。9～11月是夏季風(fēng)逐漸南撤時(shí)期，一般認(rèn)為，該區(qū)域的夏季風(fēng)結(jié)束于 10月，該月平均季風(fēng)指數(shù)大小是此時(shí)夏季風(fēng)強(qiáng)度以及季風(fēng)結(jié)束時(shí)間早晚的重要表征之一。同時(shí)注意到，大約從1990年開始，10月份季風(fēng)強(qiáng)度指數(shù)序列顯示該區(qū)域夏季風(fēng)進(jìn)入偏弱的歷史時(shí)期，可能原因是夏季風(fēng)的年代際減弱變化趨勢或者是夏季風(fēng)結(jié)束偏早，而這個(gè)減弱時(shí)期與秋季降水量年代際變化負(fù)位相時(shí)期恰好吻合，由此我們認(rèn)為，季風(fēng)活動(dòng)的減弱是影響研究區(qū)域濕季降水量的重要原因。

由該區(qū)域（10°～15°N，90°～110°E ）逐候的高低空緯向風(fēng)切變季風(fēng)指數(shù)，進(jìn)一步得到季風(fēng)活動(dòng)日期序列。我們參考了前人的工作（李聰?shù)龋?012；晏紅明等，2003，2013），將季風(fēng)開始日期監(jiān)控期定為4、5月，即18～30候，結(jié)束日期監(jiān)控期為10、11月，即54～66候。以0 m s-1為臨界指數(shù)，季風(fēng)指數(shù)持續(xù)2候超過臨界指數(shù)的第一候確定為中南半島季風(fēng)開始候，持續(xù)2候小于臨界指數(shù)并且200 hPa轉(zhuǎn)為東風(fēng)的第一候確定為季風(fēng)結(jié)束候，兩者之間所經(jīng)歷的時(shí)間為季風(fēng)持續(xù)時(shí)間。如此得到中南半島季風(fēng)爆發(fā)的平均日期在第 25候，撤退的平均日期在第63候（圖略），與前人研究結(jié)果相近（Lü et al.，2006；柳艷菊和丁一匯，2007）。結(jié)果表明季風(fēng)開始日期與研究區(qū)域春季降水量、季風(fēng)結(jié)束日期與秋季降水量、季風(fēng)持續(xù)日期與濕季降水量均有顯著的相關(guān)關(guān)系，部分結(jié)果在圖6中給出。

分析發(fā)現(xiàn)西南周邊地區(qū)秋季降水量多少與中南半島季風(fēng)結(jié)束早晚有一定的對應(yīng)關(guān)系。圖6a為1960～2009年西南周邊地區(qū)秋季降水量距平和中南半島季風(fēng)結(jié)束候的變化?？梢钥吹?，1979、1993、1994、1998、2004、2009年，這些季風(fēng)結(jié)束均偏晚3候以上的年份秋季降水量偏少；相反，中南半島季風(fēng)結(jié)束偏晚的大部分年份則秋季降水量偏多，例如 1972、1973、1983、1989、1996、1999、2008年。1960～2009年西南周邊地區(qū)秋季降水量距平和中南半島季風(fēng)結(jié)束時(shí)間變化的相關(guān)達(dá)0.39。我們觀察圖6b發(fā)現(xiàn)，季風(fēng)持續(xù)時(shí)間偏短年份，秋季降水量往往偏少，而且，季風(fēng)持續(xù)時(shí)間偏長時(shí)秋季降水量偏多。這種關(guān)系與上述圖6a的情況相比更好，特別在季風(fēng)偏強(qiáng)年的對應(yīng)關(guān)系。這就說明在亞洲夏季風(fēng)逐漸減弱撤退的季節(jié)，西南周邊地區(qū)的降水量多寡不僅受季風(fēng)結(jié)束時(shí)間的影響，同時(shí)也和季風(fēng)爆發(fā)的早晚有一定關(guān)系，其中 10月降水量與季風(fēng)開始候序列相關(guān)達(dá)-0.46（圖略）。上述圖6b呈現(xiàn)的相關(guān)關(guān)系本身存在著年代際的轉(zhuǎn)變，在20世紀(jì)70年代以后兩者關(guān)系更為密切。另外考察發(fā)現(xiàn)季風(fēng)持續(xù)時(shí)間長短與夏、秋季累積降水量以及全年降水量都有顯著的相關(guān)性（信度水平為99%）（圖6c、6d）。當(dāng)季風(fēng)持續(xù) 42候以上的年份，西南周邊地區(qū)濕季降水量和全年降水量出現(xiàn)偏多或者正常，當(dāng)季風(fēng)持續(xù)不足 34候時(shí)，濕季降水量和全年降水量容易出現(xiàn)偏少。一般認(rèn)為，在季風(fēng)偏弱的年份不僅爆發(fā)偏晚同時(shí)結(jié)束偏早，造成季風(fēng)持續(xù)時(shí)間也較短，反之亦然（李聰?shù)龋?012），所以會(huì)呈現(xiàn)以上有關(guān)的對應(yīng)關(guān)系。由以上分析可以得到結(jié)論，西南周邊地區(qū)濕季降水量和季風(fēng)活動(dòng)密切相關(guān)，尤其與季風(fēng)的結(jié)束有直接的聯(lián)系。

圖5 1960～2009年10月季風(fēng)指數(shù)與（a）秋季降水量異常、（b）10月降水量異常標(biāo)準(zhǔn)化序列Fig. 5 Time series of standardized monsoon index in October and precipitation anomalies in (a) SON and (b) October during 1960–2009

圖6 1960～2009年（a）秋季降水量異常與季風(fēng)結(jié)束日期距平（單位：候）、（b）秋季降水量異常與季風(fēng)持續(xù)時(shí)間（單位：候）、（c）季風(fēng)持續(xù)時(shí)間（單位：候）與夏、秋季累積降水量異常、（d）季風(fēng)持續(xù)時(shí)間（單位：候）與全年降水量異常的標(biāo)準(zhǔn)化序列Fig. 6 Standardized time series of (a) anomalous monsoon ending date (units: pentads) and precipitation anomalies in SON, (b) monsoon lasting time (units:pentad) and precipitation anomalies in SON, (c) monsoon lasting time (units: pentad) and accumulative precipitation anomalies in JJA and SON, (d) monsoon lasting time (units: pentad) and annual precipitation anomalies during 1960–2009

5 環(huán)流場年代際異常合成分析

降水量的異常往往與同期的大氣環(huán)流異常相聯(lián)系，本節(jié)我們從年代際環(huán)流異常的角度出發(fā)，分析濕季降水量和大氣環(huán)流異常之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。根據(jù)圖3c中西南周邊地區(qū)降水量序列所體現(xiàn)的年代際振蕩特征，截取夏季的多雨時(shí)期為 1960～1974年、1991～2005年，少雨時(shí)期為1975～1990年、2006～2009年，分別做出異常風(fēng)場的合成（相對1960～2009平均風(fēng)場）。700 hPa上多雨時(shí)期（圖7a）在我國東部區(qū)域出現(xiàn)一致的異常偏南風(fēng)，蒙古一帶為異常氣旋性環(huán)流。在西南周邊地區(qū)，該時(shí)期呈現(xiàn)西風(fēng)異常，利于來自孟加拉灣水汽的輸送，是該區(qū)域夏季風(fēng)偏強(qiáng)的體現(xiàn)。少雨時(shí)期均與之相反，蒙古地區(qū)為異常反氣旋性環(huán)流，孟加拉灣越赤道氣流以及西南氣流偏弱（圖7b）。200 hPa上，多雨時(shí)期在我國南部和歐洲東部呈現(xiàn)大范圍氣旋性異常環(huán)流，少雨時(shí)期則為反氣旋性異常環(huán)流（圖7c、7d）。

圖8將以上兩者做差值并做顯著性檢驗(yàn)（施能等，2004），700 hPa的差值場表明少雨時(shí)期的形成與當(dāng)?shù)叵募撅L(fēng)的年代際偏弱有關(guān)。該季節(jié)氣候平均的南亞高壓中心位于（25°N，90°E）附近的青藏高原南麓（圖略），少雨時(shí)期200 hPa出現(xiàn)的顯著反氣旋性異?？赡芘c南亞高壓中心東西振蕩有關(guān)，該時(shí)期對應(yīng)的是高壓中心偏東并略有偏北（圖8b）。有研究表明，當(dāng)南亞高壓中心位置偏東時(shí)，包括西南地區(qū)在內(nèi)的我國南方都出現(xiàn)降水量偏少（Wei et al.，2014）。當(dāng)南亞高壓位置北抬時(shí)往往伴隨東伸的趨勢，有利于出現(xiàn)西南地區(qū)夏季降水量偏少的環(huán)流形勢，它的偏北程度與西南地區(qū)降水量成負(fù)相關(guān)（陸曼云等，1987；李永華等，2012）。

圖7 夏季多雨時(shí)期（左列）與少雨時(shí)期（右列）的（a、b）700 hPa、（c、d）200 hPa平均風(fēng)場異常（單位：m s-1）。圖中字母A表示反氣旋，C表示氣旋Fig. 7 Composite wind anomalies (units: m s-1) at (a, b) 700 hPa and (c, d) 200 hPa for flood (left) and drought (right) periods in JJA. The “A” stands for anticyclone, and the “C” stands for cyclone.

同樣根據(jù)圖3e中西南周邊地區(qū)降水量序列合成秋季的多雨時(shí)期 1960～1967年和 1983～1992年，少雨時(shí)期1968～1982年和1993～2009年的風(fēng)場異常。700 hPa上多雨時(shí)期（圖9a）在我國東部區(qū)域出現(xiàn)異常的偏南風(fēng)，孟加拉灣和西南周邊地區(qū)為較強(qiáng)的西南風(fēng)異常。少雨時(shí)期均與之相反（圖9b），在孟加拉灣、中南半島和云貴高原有異常偏東風(fēng)，這表明來自孟加拉灣暖濕氣流偏弱，造成冷暖空氣難以在西南地區(qū)交匯（黃榮輝等，2012）。另外多雨時(shí)期200 hPa上，青藏高原上空為氣旋性異常環(huán)流，東西兩側(cè)則為反氣旋性異常環(huán)流，“中東—青藏高原—東亞”一線，形成“反氣旋—?dú)庑礆庑碑惓－h(huán)流場擾動(dòng)型態(tài)，少雨時(shí)期的擾動(dòng)波型位相相反（圖9c、9d）。楊輝等（2012）在分析云南省冬季降水異常時(shí)得到相似擾動(dòng)型態(tài)。這種擾動(dòng)結(jié)構(gòu)可能體現(xiàn)了亞洲副熱帶西風(fēng)急流的活動(dòng)強(qiáng)弱對孟加拉灣南支槽的影響，當(dāng)急流加強(qiáng)時(shí)，準(zhǔn)靜止波能量從中東到東亞傳播，可引起青藏高原—

孟加拉灣低壓槽的加深（紀(jì)立人等，2008）。而急流減弱時(shí)，對應(yīng)著青藏高原附近為反氣旋環(huán)流異常（圖9d）。

圖8 夏季少雨時(shí)期與多雨時(shí)期的風(fēng)場差值（單位：m s-1）及其F統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)：（a）700 hPa；（b）200 hPa。淺灰陰影和深灰陰影分別為通過了95%和99%的信度檢驗(yàn)區(qū)域Fig. 8 Differences of winds (units: m s-1) between flood and drought periods in JJA with the F test at (a) 700 hPa and (b) 200 hPa. The light and dark shaded areas have passed the test at the 95% and 99% confidence level, respectively

圖9 秋季多雨時(shí)期（左列）與少雨時(shí)期（右列）的平均風(fēng)場異常（單位：m s-1）：（a、b）700 hPa；（c、d）200 hPaFig. 9 Composite winds anomaly (units: m s-1) at (a, b) 700 hPa and (c, d) 200 hPa for flood (left) and drought (right) periods in SON

另外注意到圖10差值場中，中南半島區(qū)域高層（200 hPa）和低層（700 hPa）相反方向的異常東西風(fēng)，體現(xiàn)出偏弱的緯向季風(fēng)環(huán)流，這與上一節(jié)中季風(fēng)指數(shù)的分析對應(yīng)，即秋季降水量偏少與該區(qū)域季風(fēng)活動(dòng)偏弱關(guān)系密切。由夏半年進(jìn)入冬半年，南亞高壓中心的趨暖性使得整個(gè)高壓環(huán)流系統(tǒng)從高原上空往東南方向撤退，中心到達(dá)較暖的西北太平洋上空。200 hPa秋季氣候平均的東風(fēng)區(qū)域處于15°N以南（圖略），多雨時(shí)期該區(qū)域?yàn)楫惓|風(fēng)，或意味著南亞高壓此時(shí)期能維持較長時(shí)間，撤退偏晚。少雨時(shí)期與之差異顯著，我國南海上空呈現(xiàn)西風(fēng)異常（圖10b），南亞高壓中心較早撤退到海洋上。再者對比以上分析，造成夏季少雨和秋季少雨的200 hPa環(huán)流結(jié)構(gòu)異常有較大不同。影響夏季降水量的主要環(huán)流異常為南亞高壓中心位置的東西振蕩，秋季則是副熱帶西風(fēng)急流傳導(dǎo)的異常波型以及南亞高壓撤退的特征。

為了進(jìn)一步從更大的范圍來觀察圖8b和圖10b中呈現(xiàn)的環(huán)流分布型，我們給出圖11。在夏季（圖11a），位于亞洲急流軸北側(cè) 50°N 附近，有一條異常環(huán)流的波型，從格陵蘭島南部一直延伸至阿拉斯加上空。圖8b歐洲東部上空的反氣旋性環(huán)流異常是此波型的一部分。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在急流軸南側(cè)的30°N附近也存在另一條波型，從我國上空延伸至東太平洋。而在秋季亞洲上空急流增強(qiáng)，波型擾動(dòng)的分布更加緊湊（圖11b）。位于急流軸北側(cè)，從大西洋東北部一直延伸至廣泛的西伯利亞地區(qū)，在急流軸南側(cè)的波型，從北非西部發(fā)展延伸至北太平洋，圖10b發(fā)現(xiàn)的“中東—青藏高原—東亞”一線擾動(dòng)型態(tài)是它的中間部分。

圖10 同圖8，但為秋季Fig. 10 Same as Fig. 8, but for SON

圖11 少雨時(shí)期與多雨時(shí)期的200 hPa風(fēng)場差值（黑色線）及緯向風(fēng)速等值線（紅色線）：（a）夏季；（b）秋季。緯向風(fēng)只給出了風(fēng)速大于或等于15 m s-1的等值線Fig. 11 Differences of winds (streamlines) between flood and drought periods (black lines) and zonal winds (red lines) at 200 hPa: (a) JJA; (b) SON. Zonal winds more than 15 m s-1 are given

類似上述這種繞球尺度的波型已得到許多學(xué)者的關(guān)注（Ding and Wang，2005；Huang et al.，2011）。與前人研究情況有所不同的是，我們所得到的波型是從降水年代際異常的條件下所得，因此結(jié)果也與前人有所差異。波型的分布位置并不與亞洲急流中心吻合，而是位于急流軸的兩側(cè)，沿著急流兩側(cè)不對稱分布。一方面，夏季北側(cè)波型比南側(cè)波型分布更規(guī)律，秋季南側(cè)波型比北側(cè)波型擾動(dòng)中心分布更密集。另一方面，北側(cè)的波型波長隨季節(jié)變化不大，南側(cè)波型隨著秋季急流增強(qiáng)，擾動(dòng)波長變小。再者，夏、秋兩季相比，夏季波型發(fā)展延伸得更遠(yuǎn)，可能與夏季急流中心分布狹長，風(fēng)速相對較緩有關(guān)。

Watanabe（2004）的研究認(rèn)為，冬季位于歐洲—大西洋的NAO信號(hào)首先在亞洲急流入口的渦度源處集中，隨后通過急流波導(dǎo)東傳至東亞和北太平洋。另有研究發(fā)現(xiàn)，南亞季風(fēng)區(qū)北部的對流活動(dòng)激發(fā)了 Rossby波的響應(yīng)，對東北大西洋至東亞上空的波型有加強(qiáng)作用（Ding and Wang，2007）。而本文給出的波型也明顯開始于東北大西洋—?dú)W洲一帶區(qū)域（圖11），進(jìn)一步追溯其源頭，可能與極地附近的異常反氣旋環(huán)流有關(guān)?？梢娪杉绷饕龑?dǎo)的對流層高層擾動(dòng)波型對西南周邊地區(qū)氣候乃至亞洲氣候都帶來一定影響。

6 結(jié)論

利用云南省124站觀測資料及CRU高分辨率的降水觀測數(shù)據(jù)，分析了我國西南周邊地區(qū)的降水量時(shí)空變化特征。并進(jìn)一步對該地區(qū)夏、秋季節(jié)降水量的周期以及降水量與季風(fēng)活動(dòng)的關(guān)系、旱澇時(shí)期環(huán)流背景做出分析，以探討其年代際變化的可能影響機(jī)制。本文研究得到以下主要結(jié)論：

（1）我國西南周邊地區(qū)的降水量空間分布隨季節(jié)演變，總體來看，中南半島東部西部沿海地區(qū)降水量較大，而我國西南地區(qū)處于降水量相對小值區(qū)。各季節(jié)區(qū)域平均降水量序列具有明顯的年際變化以及年代際振蕩特征，呈現(xiàn)各自的正負(fù)相位特征時(shí)期。

（2）西南周邊地區(qū)的降水具有明顯的干、濕季節(jié)分別。夏、秋兩季累積降水量約占全年的75%，為該區(qū)域主要的濕潤季節(jié)。小波分析得出其年代際尺度以上的主要周期，夏季降水量為 25～30年周期，秋季降水量為35年和準(zhǔn)10年周期，夏、秋累積降水量為30年周期。2005年之后，夏季降水量進(jìn)入 25～30年周期的負(fù)位相時(shí)期，同時(shí)秋季降水量仍處于 35年周期的負(fù)位相，兩者相配合意味著西南周邊地區(qū)的濕季降水量將迎來一個(gè)偏少的時(shí)期，可能是近年來西南地區(qū)連續(xù)干旱的重要原因。

（3）通過考察該區(qū)域季風(fēng)指數(shù)與降水量序列的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)秋季降水量和季風(fēng)活動(dòng)密切相關(guān)，尤其與季風(fēng)的結(jié)束有直接的聯(lián)系，表現(xiàn)為該區(qū)域 10月季風(fēng)指數(shù)與秋季降水量相關(guān)性很強(qiáng)。從 1990年開始，該月的夏季風(fēng)進(jìn)入偏弱的歷史時(shí)期，這個(gè)減弱時(shí)期與秋季降水量年代際變化負(fù)位相時(shí)期恰好吻合。另外，季風(fēng)開始日期與研究區(qū)域春季降水量、季風(fēng)結(jié)束日期與秋季降水量、季風(fēng)持續(xù)日期與濕季降水量均有顯著的相關(guān)關(guān)系。因此，季風(fēng)活動(dòng)的減弱是影響研究區(qū)域濕季降水量的重要原因。

（4）夏季秋季少雨時(shí)期與多雨時(shí)期環(huán)流場存在顯著差異。在 700 hPa，夏季和秋季的少雨時(shí)期均在我國東部地區(qū)呈現(xiàn)異常偏北風(fēng)，中南半島為異常偏東風(fēng)，這是夏季風(fēng)相對弱的體現(xiàn)，或與夏季風(fēng)活動(dòng)的開始、持續(xù)、結(jié)束時(shí)間有關(guān)。造成夏季少雨和秋季少雨的200 hPa環(huán)流結(jié)構(gòu)異常有較大不同，夏季少雨時(shí)期我國上空呈現(xiàn)顯著的反氣旋性異常環(huán)流，而秋季少雨時(shí)期高原上呈現(xiàn)顯著的反氣旋性異常環(huán)流，其兩側(cè)為氣旋性異常環(huán)流，“中東—青藏高原—東亞”一線形成“氣旋—反氣旋—?dú)庑碑惓－h(huán)流場擾動(dòng)型態(tài)。

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