中國(guó)西南地區(qū)春旱特征及其異常環(huán)流分析

于凡越，靳立亞，李金建

（成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，四川 成都610225）

干旱是一種影響范圍廣，造成危害大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，被認(rèn)為是給人類社會(huì)帶來損失最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境乃至人類生命都會(huì)造成巨大威脅。近年來，在全球氣候變暖、全球人口持續(xù)增長(zhǎng)以及水資源短缺的大背景下，干旱這種極端氣候事件愈加頻繁[1-4]，導(dǎo)致中國(guó)呈現(xiàn)濕潤(rùn)區(qū)不斷減小，干旱區(qū)不斷擴(kuò)大變化趨勢(shì)[5]。中國(guó)西南地區(qū)地形地貌復(fù)雜多樣，降水分布極不均勻[6]，近十幾年來，該地區(qū)多次發(fā)生嚴(yán)重的干旱災(zāi)害，給社會(huì)造成了巨大的損失。如2005 年云南地區(qū)春季異常干旱、2006年夏季川渝地區(qū)特大干旱及西南地區(qū)2009 年秋季—2010 年春季三季連旱[7-9]。因此，西南地區(qū)干旱的特征、發(fā)生發(fā)展規(guī)律以及成因引起了越來越多學(xué)者的研究。

降水量是氣象學(xué)意義干旱最主要的影響因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于此制定了多種干旱指標(biāo)如標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）、Z 指數(shù)、綜合氣象干旱指數(shù)（CI 指數(shù)）、Palmer 干旱指數(shù)、濕潤(rùn)度等[5]。眾多學(xué)者對(duì)干旱變化特征也做了很多工作。如Dai 等[10]根據(jù)Palmer 指數(shù)分析指出：20 世紀(jì)70 年代后期以來，全球干旱總面積增加超過一倍，降水減少和氣溫升高是主要因素；陳少勇等[11]基于降水距平百分率分析了中國(guó)西南和華南地區(qū)的冬旱特征，發(fā)現(xiàn)各級(jí)別干旱都有自西向東增多的分布趨勢(shì)。謝清霞等[12]基于CI 指數(shù)發(fā)現(xiàn)1961—2012 年西南地區(qū)春旱的頻次和強(qiáng)度均略有下降。由于干旱成因的復(fù)雜性，單一的干旱指標(biāo)很難準(zhǔn)確地描述不同地區(qū)干旱特征，干旱的發(fā)生不僅僅取決于降水量的多少，與氣溫、蒸散、土壤濕度以及徑流的眾多因素有關(guān)，尤其在全球變暖背景下，增暖是干旱頻發(fā)的不可忽視的重要因素[10]，因此，Vicente Serrano[13]提出的標(biāo)準(zhǔn)降水蒸散指數(shù)與單純基于降水制定的干旱指數(shù)相比，多考慮了氣溫和蒸散作用對(duì)干旱的影響。SPEI 指數(shù)在西南地區(qū)有良好的適用性[3，14]，且諸多學(xué)者基于此指數(shù)對(duì)干旱的研究取得了諸多進(jìn)展，如陳斐等[15]基于SPEI 指數(shù)對(duì)西北地區(qū)春旱的分布特征進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)春旱普遍存在顯著增強(qiáng)的趨勢(shì)。王東等[4]基于SPEI 指數(shù)分析了西南地區(qū)1960—2012 年干旱變化特征，發(fā)現(xiàn)四季大部分區(qū)域呈干旱化趨勢(shì)，且春季是干旱發(fā)生最頻繁的季節(jié)。關(guān)于西南地區(qū)干旱成因的研究同樣引起了廣泛關(guān)注，如黃榮輝等[9]、王曉敏等[16]分析了2009 年秋至2010 年春的持續(xù)干旱成因，李永華等[7]對(duì)2006 西南地區(qū)東部特大干旱的環(huán)流異常進(jìn)行了分析[7]。西南地區(qū)春季干旱發(fā)生的頻率相對(duì)其他季節(jié)最高[4，17]，但關(guān)于西南地區(qū)春季干旱的研究多是基于季節(jié)尺度的干旱事件，本文從SPEI 這一干旱指數(shù)出發(fā)，從氣候角度上討論了近57 a 來西南地區(qū)春季干旱的時(shí)空變化特征，并分析了旱澇年份大氣環(huán)流的異常分布，旨在加強(qiáng)人們對(duì)該區(qū)域干旱變化特征的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)該區(qū)干旱形成原因的理解并為有關(guān)干旱災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)防提供一定的理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)及來源與方法

本文采用的站點(diǎn)資料來自：中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心，選取1961—2017 年云、貴、川、渝4 省市時(shí)間序列完整的95 個(gè)站點(diǎn)（圖1）的逐日降水量和氣溫觀測(cè)資料。再分析資料來自：NCEP/NCAR（美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心/美國(guó)國(guó)家大氣研究中心）的月平均緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)、垂直速度、比濕、海平面氣壓等，水平分辨2.5°×2.5°，時(shí)間范圍為1961—2017 年，除特殊說明外，本文春季指3、4、5 月。使用NOAA 的氣候預(yù)測(cè)中心的Ni?o-3.4 指數(shù)。使用國(guó)家氣候中心的熱帶印度洋海溫偶極子指數(shù)（TIOD）。本文主要統(tǒng)計(jì)方法有Mann-Kendall 統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法、Morlet 小波分析、經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（EOF分解）、合成分析以及相關(guān)分析等。

圖1 研究區(qū)站點(diǎn)分布及地形高度（單位：m）

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI）

本文通過西南地區(qū)95 個(gè)氣象站點(diǎn)計(jì)算了1961—2017 年春季季節(jié)尺度的SPEI 指數(shù)，并根據(jù)表1 中的標(biāo)準(zhǔn)劃分了等級(jí)，關(guān)于SPEI 指數(shù)的計(jì)算方法，前人已有很多介紹[4]，本文不再贅述。

表1 SPEI干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 干旱評(píng)估指標(biāo)

平均干旱強(qiáng)度（Sij）：表征干旱的強(qiáng)弱程度，表示一段時(shí)間內(nèi)平均每年所有站點(diǎn)達(dá)到干旱程度的SPEI 絕對(duì)值的總和，公式為：

式中，m 表示該年達(dá)到干旱程度的站點(diǎn)數(shù)，n 表示這段時(shí)間年數(shù)。

干旱頻率F：表征某站點(diǎn)在在一個(gè)時(shí)段內(nèi)發(fā)生干旱的頻繁程度，公式為：

式中，n 表示發(fā)生干旱的次數(shù)，N 表示這段時(shí)間的年數(shù)。

平均干旱頻率：一段時(shí)間內(nèi)所有站點(diǎn)干旱頻率的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 西南地區(qū)春旱變化特征

2.1.1 1961—2017 年西南地區(qū)氣溫、降水量及SPEI指數(shù)變化特征

由圖2a 可知，近57 a 來，西南地區(qū)春季氣溫呈先下降、再升高的變化特征，總體呈明顯的上升趨勢(shì)（通過0.05 的顯著性檢驗(yàn)），傾向率為0.14 ℃/10 a。從氣溫的M-K 檢驗(yàn)（圖2d）可知，UF 值從20 世紀(jì)60 年代—70 年代中期呈波動(dòng)狀態(tài)，之后經(jīng)歷了變冷（20 世紀(jì)70 年代中期—21 世紀(jì)）和增暖（21 世紀(jì)初至今）的趨勢(shì)，根據(jù)UF 和UB 的交點(diǎn)位置，確定21世紀(jì)西南地區(qū)春季增溫是一種突變現(xiàn)象，具體從2005 年開始，在2007 年以后，UF 統(tǒng)計(jì)值＞1.96，通過了0.05 的顯著性檢驗(yàn)，說明此時(shí)段內(nèi)氣溫升高趨勢(shì)明顯。由圖2b 可知，1961—2017 年西南地區(qū)春季降水量總體呈十分微弱的下降趨勢(shì)，傾向率為-1.0 mm/10 a，但呈現(xiàn)出明顯的年代際變化。從20 世紀(jì)60 年代中期開始至70 年代中期降水量呈上升趨勢(shì)，之后呈下降趨勢(shì)至90 年代初，從90 年代中期上升至21 世紀(jì)初期至最高點(diǎn)后變化比較平緩，呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，這種年代際變化特征與春季南支槽強(qiáng)度和位置變化特征有較好地一致性[18]。西南地區(qū)春季降水量M-K 檢驗(yàn)（圖2e）顯示，UF 值經(jīng)歷了“負(fù)—正—負(fù)”的變化趨勢(shì)，根據(jù)UF 和UB 的交點(diǎn)位置，西南地區(qū)降水量在1964 年和1981 年發(fā)生了2 次突變，在20 世紀(jì)70 年代中期UF 值通過了0.05 顯著性檢驗(yàn)，表明這一時(shí)期降水增加趨勢(shì)明顯。

與降水的變化趨勢(shì)相似，近57 a 西南地區(qū)春季SPEI 指數(shù)（圖2c）的變化趨勢(shì)不明顯，呈微弱的下降趨勢(shì)（-0.034/10 a），20 世紀(jì)60 年代—70 年代中期呈上升趨勢(shì)，70 年代后呈下降趨勢(shì)至80 年代，之后呈平緩的趨勢(shì)沒有明顯的上升或下降趨勢(shì)，從90 年代末又呈下降趨勢(shì)。從圖2b 根據(jù)UF 和UB 的交點(diǎn)判斷在1964 年和2005 年SPEI 指數(shù)發(fā)生了2 次突變，分別與降水的第一次突變年份和氣溫突變年份重合（圖2d，2e），對(duì)應(yīng)2005 年之后這段時(shí)期也是西南地區(qū)干旱災(zāi)害發(fā)生的頻繁年代[7-9]。

2.1.2 氣溫、降水量及SPEI 指數(shù)線性趨勢(shì)分布

通過計(jì)算西南地區(qū)95 個(gè)觀測(cè)站1961—2017 年春季氣溫，降水量及SPEI 指數(shù)線性變化趨勢(shì)，得到線性趨勢(shì)分布（圖3）。西南地區(qū)氣溫整體呈上升趨勢(shì)（圖3a），共有48 個(gè)站點(diǎn)升高趨勢(shì)通過了0.05 的顯著性檢驗(yàn)，主要集中在西南地區(qū)西部。由圖3b 可知，近57 a 來，西南地區(qū)春季降水量變化趨勢(shì)的空間分布特征十分明顯[4]，大致以104°E 為界，表現(xiàn)為東西反相（西部濕潤(rùn)化，東部干旱化）的變化趨勢(shì)，降水量增加地區(qū)主要分布在西南地區(qū)西部的橫斷山脈區(qū)域以及云貴高原區(qū)域東部，其中降水量顯著增加（P<0.05）的區(qū)域集中在高海拔地區(qū)（橫斷山脈區(qū)域北部）。降水量顯著減少（P<0.05）區(qū)域集中在海拔較低的重慶東北部，貴州東部與重慶交界及貴州西南地區(qū)。1961—2017 年西南地區(qū)春季SPEI 指數(shù)的變化趨勢(shì)分布（圖3c）與降水量的變化趨勢(shì)分布十分接近，總體表現(xiàn)為東西反相的分布特征，西部高海拔地區(qū)總體表現(xiàn)為上升趨勢(shì)即旱情減輕。海拔相對(duì)較低的東部總體表現(xiàn)為下降趨勢(shì)即旱情加重。

圖2 1961—2017 年西南地區(qū)春季氣溫（a，d）、降水量（b，e）及SPEI 指數(shù)（c，f）年際變化及M-K 檢驗(yàn)（紅色虛線為線性趨勢(shì)，藍(lán)色實(shí)線為九年滑動(dòng)平均，黑色虛線為0.05 置信限）

圖3 1961—2017 年西南地區(qū)春季氣溫（a），降水（b），SPEI 指數(shù)（c）線性趨勢(shì)空間分布

2.1.3 西南地區(qū)春旱年代際變化趨勢(shì)

根據(jù)表1 的SPEI 指數(shù)干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)以及本文定義的平均干旱強(qiáng)度、平均干旱頻率，統(tǒng)計(jì)了西南地區(qū)各年代干旱的平均干旱頻率和平均干旱強(qiáng)度（圖4）。由于SPEI 指數(shù)年際變化在2005 年發(fā)生突變（圖2f），故將2005 年作為劃分年代的一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，以此來對(duì)比突變前后干旱程度變化。由圖5 可知，平均干旱強(qiáng)度和平均干旱頻率各年代差別明顯，其中20 世紀(jì)60 年代旱情較重，平均干旱強(qiáng)度和平均干旱頻率分別40.3%，34.5%，20 世紀(jì)70 年代旱情最輕，與此對(duì)應(yīng)的該年代降水量偏高，氣溫偏低（圖2），20 世紀(jì)80 年代和1990—2004 年旱情基本相同，較20 世紀(jì)70 年代有所增加，旱情最重的年代為發(fā)生突變之后的2005—2017 年，與1990—2004年相比，平均干旱強(qiáng)度和平均干旱頻率分別增加了10.3%，8.7%，與其對(duì)應(yīng)的該年代平均降水量偏低，氣溫偏高（圖2）。

圖4 1961—2017 年西南地區(qū)不同年代平均干旱強(qiáng)度及平均干旱頻率

西南地區(qū)不同年代干旱發(fā)生頻率空間分布差異顯著（圖5a～5e），20 世紀(jì)60 年代干旱頻率較高地區(qū)集中在西部的橫斷山脈區(qū)域（圖5a）。70 年代干旱頻率比較均勻，大部分地區(qū)干旱頻率低于30%（圖5b）。80 年代西南地區(qū)東部干旱頻率較前一年代明顯升高（圖5c），在1990—2004 年這一時(shí)段內(nèi)干旱發(fā)生頻率分布特征與20 世紀(jì)60 年代完全相反，干旱高頻區(qū)幾乎都集中在東部地區(qū)（5d）。2005—2017年這一時(shí)段干旱頻率較前一年代升高明顯，是干旱頻率發(fā)生最高的年代，只有西南地區(qū)西北部干旱頻率較低，幾乎整個(gè)云南和貴州的干旱頻率都超過40%（圖5e）。

2.1.4 SPEI 指數(shù)時(shí)空分解及主模態(tài)周期分析

圖5 1961—2017 年西南地區(qū)不同年代干旱頻率（%）空間分布

圖6 西南地區(qū)春季SPEI 指數(shù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解第一（a）、二（b）模態(tài)及其對(duì)應(yīng)時(shí)間系數(shù)（c，d）

進(jìn)一步分析1961—2017 年西南地區(qū)春季時(shí)空分布特征，對(duì)1961—2017 年南地區(qū)春季SPEI 平均值進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解。圖6a 為第1 模態(tài)分布，其方差貢獻(xiàn)率為23.8%，整個(gè)西南地區(qū)表現(xiàn)為整體一致的分布特征，幾乎所有地區(qū)均為正值，表示西南地區(qū)春季存在整體一致的干旱的變化特征，大值中心處在四川南部及云南中部，說明川南和滇中地區(qū)旱澇的年際變化較大，而四川北部和重慶北部相對(duì)穩(wěn)定少變。從第1 模態(tài)時(shí)間系數(shù)圖上可知（圖6c），1961—2017 年SPEI 指數(shù)整體呈微弱下降趨勢(shì)及明顯的年代際變化，20 世紀(jì)60 年代為負(fù)值，70 年代后—80 年代初期為正值，80 年代中期—90 年代末期為負(fù)值，之后又變?yōu)檎抵?005 年，又變?yōu)樨?fù)值，即70 年代之前，80 年代中期—90 年代末期以及2005 年之后的時(shí)段西南地區(qū)SPEI 指數(shù)偏低，整體偏旱。第2 模態(tài)大致以104°E 為界，呈東西反相的分布特征（圖6b），方差貢獻(xiàn)率為12.1%。范思睿等基于降水量得到了相近的分布特征并初步探討了反相性分布的原因[20]。其時(shí)間系數(shù)以20 世紀(jì)80 年代中期為界發(fā)生了明顯的正負(fù)位相轉(zhuǎn)變，這也對(duì)應(yīng)了20世紀(jì)60 年代西部偏旱逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?990—2004 年東部偏旱的分布特征（圖5a～5d）。

經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解第一模態(tài)代表西南地區(qū)旱澇情況整體一致的分布特征，方差貢獻(xiàn)率為23.8%，可認(rèn)為在一定程度上反映了西南地區(qū)春旱主要特征。因此，后文的分析均基于西南地區(qū)春季SPEI 指數(shù)EOF 分解主模態(tài)的時(shí)間系數(shù)。圖7 為對(duì)時(shí)間系數(shù)進(jìn)行Morlet 小波分析及功率譜分析。西南地區(qū)春季SPEI 指數(shù)20 世紀(jì)60 年代中期—70 年代初期存在明顯的2～3.5 a 的周期，70 年代末期—80 年代末期表現(xiàn)出準(zhǔn)4 a 的活動(dòng)周期，此外，70 年代初期—90年代初期還存在6～8 a 的周期。進(jìn)一步用功率譜分析活動(dòng)周期，與Morlet 小波分析結(jié)果比較接近，存在準(zhǔn)2 a 及8 a 左右的顯著周期，此外小波分析與功率譜分析都顯示還存在28 a 周期，處在邊界效應(yīng)內(nèi)，可信度低。

2.2 干旱的異常環(huán)流及海溫分析

圖7 中國(guó)西南地區(qū)SPEI 指數(shù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)的Morlet 小波分析及功率譜分析

由于SPEI 指數(shù)EOF 分解的主模態(tài)表現(xiàn)為整體一致的分布，故從EOF 主模態(tài)時(shí)間系數(shù)選出大于標(biāo)準(zhǔn)差絕對(duì)值1.2 倍的年份作為異常年份，得到偏旱年份為1963、1969、1979、1986、1987、1995、2011 年，偏 澇 年 份 為 1961、1968、1974、1976、1985、1990、2002、2004、2016 年，對(duì)旱、澇年進(jìn)行合成差值分析，探討西南地區(qū)整體干旱時(shí)的異常環(huán)流分布。SPEI 指數(shù)EOF 分解的第二模態(tài)大致以104°E 為界，呈東西反相的分布特征，考慮到西南地區(qū)地形復(fù)雜，西部以高原山區(qū)為主，東部則為平原地區(qū)，也是人類活動(dòng)的主要區(qū)域，因此本文把104°E 以東的區(qū)域定義為“西南地區(qū)東部”（下文稱“西南東部”），將西南東部站點(diǎn)的SPEI 指數(shù)平均得到57 a 的時(shí)間序列，挑選出大于標(biāo)準(zhǔn)差絕對(duì)值1.2 倍的年份作為異常年份，得到偏 旱 年 份 為 1979、1986、1987、1988、1991、1995、2007、2011 年，偏澇年份為1961、1967、1972、1977、1992、2002、2016 年，對(duì)旱、澇年進(jìn)行合成差值分析，探討西南東部干旱時(shí)的異常環(huán)流分布。

中國(guó)西南地區(qū)春季降水的水汽來源主要有兩種，一種是來自印度洋經(jīng)青藏高原南側(cè)與孟加拉灣轉(zhuǎn)向的氣流匯合，從緬甸進(jìn)入我國(guó)西南地區(qū)，另一種是來自孟加拉灣南部的水汽進(jìn)入中南半島與在中南半島轉(zhuǎn)向的東風(fēng)氣流交匯，北上進(jìn)入我國(guó)西南地區(qū)。另外源于熱帶西太平洋的水汽受西太平洋副熱帶高壓西側(cè)偏南氣流的也有一定的水汽輸送作用，對(duì)中國(guó)西南地區(qū)降水也有一定影響[21，22]。

從圖8a 可以看出，有顯著的自我國(guó)西南地區(qū)流出的異常東北氣流經(jīng)緬甸流入孟加拉灣以及自西南地區(qū)流出的北風(fēng)氣流進(jìn)入中南半島轉(zhuǎn)向與異常赤道東風(fēng)氣流匯合，這種異常的水汽輸送使來自孟加拉灣暖濕水汽不能輸送到我國(guó)西南地區(qū)。在中國(guó)東南沿海及其鄰近海域上存在異常反氣旋環(huán)流，該氣流有利于熱帶西太平洋的水汽輸送到中國(guó)西南地區(qū)，并在重慶及川東和黔北的少部分地區(qū)表現(xiàn)為水汽輻合，而在四川南部、云南東部及貴州西部都表現(xiàn)為較強(qiáng)的異常水汽通量幅散。圖8b 上，沒有明顯的自西南地區(qū)流出的異常氣流，但在青藏高原南側(cè)表現(xiàn)為異常偏東風(fēng)氣流，表明西南東部旱年來自青藏高原南側(cè)的水汽輸送無法輸送到該區(qū)域，從水汽通量散度分布上可以看出，除云南外，西南大部分地區(qū)都為水汽通量幅散。而自我國(guó)云南地區(qū)向南經(jīng)中南半島至馬六甲海峽轉(zhuǎn)向東的熱帶海域上都表現(xiàn)為水汽通量輻合。

考慮到西南地區(qū)地形的原因，選擇700 hPa 風(fēng)場(chǎng)說明西南地區(qū)低層風(fēng)場(chǎng)的情況。與整層水汽通量分布相似（圖8c），有明顯的異常東北氣流自我國(guó)西南地區(qū)經(jīng)中南半島流向孟加拉灣南部，該氣流與南海的越赤道氣流匯合，形成顯著的異常東風(fēng)氣流，不利于孟加拉灣的暖濕氣流向西南地區(qū)輸送，西南地區(qū)不易形成降水。此外，我國(guó)東南沿海地區(qū)存在異常反氣旋環(huán)流，其東北側(cè)偏西氣流與來自高緯西南氣流交匯于我國(guó)東部沿海地區(qū)，流向西太平洋。西南東部旱年—澇年合成場(chǎng)上（圖8d），在青藏高原南側(cè)，印度半島東部及孟加拉灣存在明顯異常氣旋式環(huán)流，青藏高原南側(cè)為東風(fēng)氣流，此環(huán)流一方面使得青藏高原南側(cè)的水汽通道不能向西南東部輸送水汽，另一方面不利于來自孟加拉灣的水汽到達(dá)西南東部，僅僅到達(dá)云南地區(qū)。西南地區(qū)整體旱年—澇年500 hPa 垂直速度合成場(chǎng)上，中國(guó)西南大部分地區(qū)都處于異常下沉運(yùn)動(dòng)控制范圍內(nèi)，尤其在云南、四川南部及貴州地區(qū)異常下沉運(yùn)動(dòng)顯著，配合700 hPa自西南地區(qū)的東北氣流和偏西氣流造成了該地區(qū)低空的異常幅散。圖8d 上，西南東部的重慶和貴州地區(qū)表現(xiàn)為顯著的異常下沉運(yùn)動(dòng)，滇南和川北的小部分地區(qū)為異常上升運(yùn)動(dòng)。

圖8 旱年—澇年整層水汽通量（a、b，箭頭，紅色箭頭表示通過0.05 顯著性檢驗(yàn)，下同，單位：g/（s·cm·hPa）及整層水汽通量散度（填色，單位：g/（s·cm2·hPa）合成差值場(chǎng)（灰色區(qū)域?yàn)楹０纬^3000 m 的地區(qū)，下同），旱年—澇年700 hPa 風(fēng)場(chǎng)（c、d，箭頭，紅色箭頭表示通過0.05 顯著性檢驗(yàn)，單位：m/s）及500 hPa 垂直速度（填色，打點(diǎn)區(qū)域表示通過0.1 顯著性檢驗(yàn)，單位：10-2 Pa/s）合成差值，旱年—澇年200 hPa 風(fēng)場(chǎng)（e、f，箭頭，單位：m/s）及200 hPa 散度（填色，單位：10-6 s-1）合成差值

西南地區(qū)整體旱年—澇年200 hPa 合成風(fēng)場(chǎng)上（圖8e），印度半島西北部上空表現(xiàn)為一個(gè)強(qiáng)大的異常氣旋式環(huán)流，低緯度區(qū)表現(xiàn)為西風(fēng)異常，西風(fēng)氣流向北彎曲從我國(guó)西藏地區(qū)進(jìn)入我國(guó)后，到達(dá)我國(guó)中部地區(qū)形成一個(gè)脊，脊的存在有利于我國(guó)中部反氣旋式環(huán)流的生成，西南地區(qū)在反氣旋式環(huán)流的控制下形成輻合，氣流輻合伴隨下沉運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，從而西南地區(qū)上空盛行下沉運(yùn)動(dòng)（圖8c），異常西風(fēng)氣流繼續(xù)向東南方向輸送，在西北太平洋和日本地區(qū)形成一個(gè)氣旋式環(huán)流。這種異常風(fēng)場(chǎng)也與中低層異常環(huán)流相匹配。另外，在印度半島、我國(guó)北方和蒙古國(guó)地區(qū)以及日本以南的西太平洋都存在明顯的異常西風(fēng)，都增強(qiáng)了這種副熱帶急流，使西南地區(qū)出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)，提供了干旱的有利條件。西南東部旱年—澇年200 hPa 合成風(fēng)場(chǎng)上（圖8f），西南地區(qū)上空為異常反氣旋，其北側(cè)為存在顯著的異常西風(fēng)急流，因此，200 hPa 上的副熱帶急流的加強(qiáng)對(duì)西南地區(qū)干旱的產(chǎn)生起了重大作用，此外，除云南地區(qū)外，西南地區(qū)的北部和東部都表現(xiàn)為異常幅散，配合500 hPa 的下沉運(yùn)動(dòng)，造成西南東部干旱少雨。

海表溫度的異常變化可以引起大范圍大氣環(huán)流的異常，進(jìn)而影響中國(guó)降水[19]。通過西南地區(qū)整體旱年—澇年海溫合成場(chǎng)（圖9a）可以看出，中緯度太平洋海溫為顯著的負(fù)距平，赤道中太平洋海溫為正距平。從圖9b 可以看出，1961—2017 年，EOF 分解主模態(tài)時(shí)間系數(shù)與春季Ni?o-3.4 指數(shù)位相幾乎完全相反，呈顯著負(fù)相關(guān)，二者相關(guān)系數(shù)為-0.301（通過0.05 的顯著性檢驗(yàn)），即中國(guó)西南地區(qū)偏旱時(shí)與中緯度太平洋海表溫度偏高，反之亦然。余錦華等的研究指出這兩種海表溫度分布影響西南地區(qū)春季降水的物理機(jī)制：伴隨厄爾尼諾事件赤道中太平洋海表溫度偏暖時(shí)，沃克環(huán)流衰減以及西太平洋海溫偏冷（圖9a），其上空對(duì)流釋放的潛熱減少。會(huì)激發(fā)冷的羅斯貝波[23]，在西太平洋出現(xiàn)反氣旋式環(huán)流異常，西南地區(qū)東北部受異常反氣旋環(huán)流西部的西南風(fēng)影響，不利于西南地區(qū)降水[24]。印度洋海表溫度異常對(duì)中國(guó)西南地區(qū)干旱狀況有重要影響，熱帶印度洋春季海表溫度與中國(guó)西南地區(qū)和中南半島上空降水有很好的負(fù)相關(guān)[9，25]。與圖9a 相比，西南東部旱年—澇年海溫合成場(chǎng)中（圖9c），太平洋的異常海溫分布不明顯，標(biāo)準(zhǔn)化的西南東部平均SPEI 指數(shù)與春季Ni?o-3.4 指數(shù)序列相關(guān)性僅為-0.119，與春季TIOD 指數(shù)序列（圖9d）相關(guān)性為-0.322（通過0.05 的顯著性檢驗(yàn)），說明印度洋海溫對(duì)東部地區(qū)旱澇情況影響顯著，而ENSO 的影響較小。

3 結(jié)論與討論

基于SPEI 指數(shù)對(duì)中國(guó)西南地區(qū)春旱特征進(jìn)行了分析，并通過合成差值分析的方法探究了西南地區(qū)干旱異常的環(huán)流特征，得出以下結(jié)論：

（1）西南地區(qū)1961—2017 年整體氣溫升高趨勢(shì)顯著，降水量及SPEI 指數(shù)變化趨勢(shì)不明顯，呈微弱下降趨勢(shì)。M-K 檢驗(yàn)顯示SPEI 指數(shù)在1964 年和2005 年發(fā)生了突變。

圖9 西南地區(qū)整體旱年—澇年（a，單位：℃，打點(diǎn)區(qū)域?yàn)橥ㄟ^0.1 顯著性檢驗(yàn)）及西南東部旱年—澇年（c）海溫合成場(chǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化的EOF 分解主模態(tài)時(shí)間系數(shù)（b，黑色實(shí)線）與春季Ni?o-3.4 指數(shù)序列（b，黑色虛線）、標(biāo)準(zhǔn)化的西南東部平均SPEI 指數(shù)（d，黑色實(shí)線）與春季TIOD 指數(shù)序列（d，黑色虛線）

（2）西南地區(qū)絕大部分區(qū)域氣溫呈上升趨勢(shì)，降水量和SPEI 指數(shù)趨勢(shì)分布接近，大致以104°E 為界，東西變化相反，這也造成西南地區(qū)總體變化趨勢(shì)不明顯?？偟膩碚f，西部變暖變濕，東部變暖變干。

（3）西南地區(qū)干旱年代際變化顯著。20 世紀(jì)70年代干旱頻率最低，平均干旱強(qiáng)度最弱，2005—2017年干旱頻率最高，平均干旱強(qiáng)度最強(qiáng)?？臻g分布上干旱頻率由西部高、東部低逐步轉(zhuǎn)為東部高、西部低。

（4）西南地區(qū)春季SPEI 指數(shù)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解的主模態(tài)方差貢獻(xiàn)率為23.8%，表現(xiàn)西南地區(qū)整體一致分布特征，有明顯的年際和年代際變化特征，但時(shí)間系數(shù)變化趨勢(shì)不明顯，呈微弱下降趨勢(shì)，此外，該模態(tài)還具有2～3.5 a 及8 a 左右的變化周期。第二模態(tài)方差貢獻(xiàn)率為12.1%，呈東西反相分布特征。

（5）西南地區(qū)春季少雨干旱的形成與異常大氣環(huán)流由密切關(guān)系。旱年—澇年合成差值場(chǎng)上，西南地區(qū)春季降水主要水汽輸送通道都存在近乎相反的異常水汽輸送。西南地區(qū)整體旱年—澇年700 hPa 風(fēng)場(chǎng)上，西南地區(qū)經(jīng)過中南半島到孟加拉灣南側(cè)異常東北向氣流，而在西南東部旱年—澇年合成場(chǎng)上，青藏高原南側(cè)存在異常東風(fēng)氣流，不利于西南地區(qū)水汽的匯聚。干旱區(qū)域上空200 hPa 存在反氣旋式異常環(huán)流，存在異常輻合，配合500 hPa 顯著的異常下沉運(yùn)動(dòng)，造成西南地區(qū)少雨干旱。副熱帶高空急流的異常加強(qiáng)對(duì)西南地區(qū)干旱的形成有重大影響。

（6）赤道中太平洋海溫異常偏高時(shí)，伴隨厄爾尼諾事件發(fā)展會(huì)激發(fā)冷的羅斯貝波，西南地區(qū)東北部受異常反氣旋環(huán)流的西南風(fēng)影響，不利于西南地區(qū)降水，易發(fā)生干旱。西南東部旱澇情況與印度洋海溫存在明顯相關(guān)，但與ENSO 關(guān)系不明顯。

SPEI 指數(shù)的計(jì)算不僅僅基于降水量，還考慮氣溫、蒸散等因素，在全球氣候變暖背景下，顯然SPEI指數(shù)相比僅考慮降水的干旱指數(shù)能更準(zhǔn)確地描述干旱狀況，但是干旱的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制十分復(fù)雜，西南地區(qū)地形，植被分布復(fù)雜也是影響西南地區(qū)干旱的重要因素。如西南地區(qū)東部地區(qū)變暖變干，而西部地區(qū)卻變暖變濕，關(guān)于造成這種矛盾復(fù)雜溫濕結(jié)構(gòu)的成因還少有研究，這還有待于今后的工作區(qū)研究分析。