引言

2016年世界气象日的主题是“直面更热、更旱、更涝的未来”(Hotter, drier, wetter. Face the Future)。近年来，尽管全球平均温度的上升有所迟缓(Blau, 2014; Gleisner et al, 2015)，但全球气候变暖的格局并没有改变。美国国家航空航天局(NASA，http://www.nasa.gov/)最新数据显示，2015年全球平均温度再创新高，成为1880年有历史记录以来最暖的一年。然而据国家气候中心最新数据监测(http://cmdp.ncc.cma.gov.cn/Monitoring/cn_global_extreme.php)，2015年进入岁末秋冬以后，寒冷事件频发，中国的霸王级寒潮逞威，美国的怪兽暴风雪肆略。在全球变化的背景下，区域气候对全球变暖的响应到底如何，我们面对的气候是会在更热背景下遭遇更多冷的极端事件？在汛期的雨季是会迎来更多的降水，还是更多的干旱事件？在全球变化背景下区域气候的变异，会对我们每个地区带来完全不一样的影响，如何认识和应对不同区域的气候变化，是人们越来越关心的问题，也是2016年世界气象日的主题所在。

在全球变化的背景下，人们熟悉的气候也在悄然发生改变，异常气候事件的发生给经济社会带来重大的影响，异常状态的长期存在，意味着气候发生了年代际以上的长期变化，因而年代际变化是目前大气科学重要的研究课题之一。事实上，年代际尺度的气候变化是气候系统的重要特征，我国位于亚洲季风区，受到季风系统的控制，具有显著的年代际变化特征。一些研究认为亚洲季风存在减弱的趋势(Wang，2001)，造成了中国南涝北旱的格局(王会军等，2013；丁一汇等，2013；阙志萍等，2014)。而20世纪90年代末中国东部夏季降水发生了新的年代际变化，黄淮流域降水增加，长江流域降水减少(王会军等，2012；黄荣辉等，2013；吕俊梅等，2014)。而太平洋年代际涛动(PDO)在20世纪90年代末由正位相转变为负位相可能是产生这一变化的主要原因。进入21世纪以来，我国西南连续出现了干旱的极端事件(黄荣辉等，2012；杨辉等, 2012, 李聪等，2012)，造成严重的影响，成为人们关注的一个焦点问题(钱维宏等，2012；郭荣芬等，2013；张万诚等，2014；陶云等，2014)。齐冬梅等(2012)分析了西南地区夏季降水变化特征，指出东亚夏季风减弱是西南地区年降水减少的一个重要影响原因。周秀华等(2015)研究了西南地区夏、秋季降水的周期特征及与季风活动的关系，认为最近西南地区的干旱是夏季和秋季30年周期的叠加所造成的，其中夏季风减弱和提前结束趋势对降水的减少有重要的影响。

云南地区处于西南地区边缘，水资源十分丰富，但由于受到东亚季风和西南季风的共同影响，异常气候的成因十分复杂。21世纪以来，云南及周边地区连续发生严重的干旱事件，是否意味着该地区气候发生了年代际的转折，开始进入了一个降水显著减少的时期？这是一个值得深入研究的问题。本文将利用云南地区夏季降水量资料，分析其年代际演变特征，探究21世纪初该地区是否存在干旱化突变的转折，并讨论引起变化的原因。

1 资料和方法

在本文中所用分析资料包括：(1)1960－2013年云南省125个测站的降水观测资料；(2)1960－2013年美国环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的逐月平均水平风场、气温场和位势高度场再分析资料(Kalnay et al，1996)，水平分辨率为2.5°×2.5°等经纬度间隔；(3)1960—2013年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的逐月平均全球海表温度资料(NOAA Extended Reconstructed SST V3b)(Smith et al，2004)，分辨率为2°×2°。

采用的主要统计方法有回归分析、合成分析、滑动t检验等。文中夏季被定义为6—8月平均。全文所用的相关信度检验均为t分布检验。

2 云南降水量和无降水日的突变特征

近年来，中国西南地区极端干旱事件频发，对当地的经济社会造成了深远的影响。王林等(2012)研究了西南干旱的变化特征和发展趋势，指出其具有显著的多时间尺度特征。针对云南地区在进入21世纪后频繁出现的干旱事件，较先考察该地区年平均降水量的逐年变化情况。图 1a给出了年降水量从1960—2013年的变化曲线，从图中可以看到，除了明显的年际变化以外，年降水量在2000年后有显著的减弱趋势。用滑动t检验分析可以看到，云南地区的年降水量在2002年经历了一个明显减少的突变，其显著性超过了0.01的显著性水平检验(图 1b)。

我们进一步考察了与降水密切相关的大雨以上强降水日数(图 1c和1d)、降水日数(图 1e和1f)和无降水日数(图 1g和1h)的逐年变化情况，也可以发现该地区降水日数在20世纪90年代有所减少，但显著的减少发生在2002年以后(图 1e和1f)。从无降水日数的演变特征能更清晰地看到无降水日数的显著增加(图 1g和1h)。经过分析可以发现，强降水雨量是云南地区年雨量的主要贡献者(图略)。图 1c显示了强降水日数的逐年变化，可以看到，云南地区大雨以上的强降水日数也同样是在2002年发生了显著的减少(图 1d)。这些突变点都发生在2002年，而且其显著性均通过了0.01的显著性水平检验。

云南地区雨、旱季分明(陈艳等，2006；宋洁等，2011；黄荣辉等，2012；郭志荣等，2014)，夏季降水量占全年降水的70%以上。周秀华等(2015)的分析表明，云南近年来的干旱主要是由于夏、秋季降水的减少引起。该地区2002年发生的降水减少突变是否也是夏、秋季的降水量突变引起的？图 2给出了各季节降水量的变化及其滑动t检验的结果。从图中看到，云南地区平均降水在冬季降水量基本没有变化，在春季有少许增加趋势外，夏季和秋季均有减少趋势，但只有夏季降水量的减少达到了突变，超过了0.01显著性水平。因此，云南降水量在2002年发生了突变，而这个突变主要是由于夏季降水经历了一次减少突变而产生的。

3 夏季降水量发生突变的环流特征

云南地区夏季降水量在2002年发生显著减少突变是什么原因造成的？首先我们分析发生突变前后高、低层大气环流的特点和差异。图 3给出了2002年前后夏季平均的850、700和200 hPa水平风场的合成场。比较1960—2001年合成环流和2002—2013年合成环流，在对流层低层850 hPa合成风场上可以发现(图 3a和3b)，2002年之前索马里越赤道气流是偏弱的，而2002年之后索马里越赤道气流明显增强，同时，2002年以后青藏高原以东地区地面为异常偏北风，在蒙古上空有明显的异常反气旋环流存在；而在2002年之前，我国东部基本为偏南异常气流控制，蒙古地区上空是一个相对的气旋性异常环流。在2002年前后的差值风场上，这些特征能更为明显地体现出来(图 3c)。700 hPa的异常风场有类似的情况(图 3d和3e)，只是位于西北印度洋的风场更显现出了系统一致性，2002年以后形成了一个显著的反气旋异常环流。在2002年前后的差值场中，蒙古地区上空和和西北印度洋分别为一个反气旋异常环流所控制(图 3f)。

从图 3中还可以看到，在对流层高层的200 hPa风场上(图 3g~3i)，主要的异常差异出现在低纬度热带地区。2002年以前为东风异常气流控制，而在2002年以后为异常西风气流。此外在中高纬度中亚到东亚地区，定常波列的配置在2002年前后完全反相位，从60°E到120°E由A－C－A变为C－A－C(A表示异常反气旋环流，C为异常气旋环流)。

从以上分析可以看到，2002年前后大气环流的配置场最显著的变化是印度洋热带地区的纬向风场和亚洲大陆中部的蒙古地区异常环流，事实上，其相位在2002年前后经历了完全相反的变化，显著性超过了0.05显著性水平检验。进一步要问，这两个显著变化的特征是不是与云南地区夏季的降水有关联？2002年前后这些环流背景特征是否也发生了突变？

文中将云南省125个测站的夏季平均降水量定义为云南夏季降水指数。图 4给出了云南地区夏季平均降水时间序列回归的700和200 hPa矢量风场，我们主要考察图中超过0.05显著性水平检验的黑色加粗部分。从图 4a可以看到，在低层700 hPa上，亚洲中部蒙古地区上空的气旋环流有利于云南地区夏季平均降水的增加，而在低纬度热带地区，西北印度洋局地纬圈环流偏强、异常的气旋环流以及索马里越赤道气流偏弱有利于云南夏季降水偏多。但值得注意的是在突变年2002年前后，蒙古地区上空的异常环流均与云南夏季降水的多寡有关联。但是在热带地区，2002年之前几乎不存在与云南夏季降水相关的低纬度环流系统，而2002年以后西北印度洋的异常环流和赤道纬向风均与云南夏季降水存在较强的联系。对比图 3和图 4可见，蒙古上空和西北印度洋的环流背景确实是影响云南夏季平均降水的重要环流特征，其在2002年前后的形势转变有可能是造成该地区夏季降水突变的原因。而在高层200 hPa上可以看到，热带低纬度地区的东风异常有利于云南夏季降水的增加，这与图 3揭示的特征是一致的。但对比中高纬度波列的特征可以发现，波列的位置和配置与图 3反映的异常环流并不十分一致，因此图 3显示的中纬度波列的变化特征，可能和云南夏季平均降水的显著减弱没有明确的关联。综上所述，影响云南夏季降水多寡的低层关键环流系统是蒙古上空和西北印度洋上空的环流系统，高层的关键环流系统是低纬度地区的纬向风。

对比图 3和图 4在印度洋热带地区的风场可以发现，低层的纬向风异常主要在印度洋西部，而高层的纬向风异常在整个印度洋海盆都可以看到。因此，我们在图 3b和3h中矩形范围取平均纬向风分析其演变特征。图 5为西印度洋(0°~10°N、50°~80°E)热带赤道地区850 hPa纬向风的变化特征，从图 5a可以看到，西印度洋低层的纬向风自20世纪末就开始明显减少，并通过了0.01的显著性水平检验。图 6给出的则是印度洋区域(5°S~10°N、50°~95°E)200 hPa纬向风的变化特征，从图 6a可以看到高层西风在20世纪80年代后有增强趋势，进入21世纪后有明显的西风增强，并在2002年附近有超过0.01显著性水平的突变。这就意味着热带印度洋近赤道地区，局地纬圈环流在2002年有突变减弱的趋势。

与2002年突变相关的对流层低层的另外一个环流形势是亚洲中部蒙古地区的气旋环流，从图 4a可见其气旋性环流特征有利于云南地区夏季降水偏多。在夏季意味着亚洲大陆腹地热低压增强。如果我们利用1000 hPa的气压场，也可以清楚地看到其在前后两个时段的明显差异。图 7给出了欧亚地区2002年前后夏季平均的1000 hPa高度场的合成场及其差值，从图中可以看到，在2002年以前，欧亚大陆腹地低层气压偏低，而2002年以后该地域内夏季气压明显升高增强。

接下来进一步分析温度场变化的可能影响。云南夏季降水指数与850 hPa温度的回归系数场如图 8a所示，从图中可以看到，云南夏季降水与亚洲中部的低层温度呈正相关关系，而与亚洲低纬度地区低层温度表现为负相关。但从其滑动的t检验结果(如图 8b和8c)来看，随着北印度洋海温近50年来一致的增暖，亚洲地区对流层低层高纬度地区与低纬度地区的温度差均倾向于云南地区夏季出现降水减少。但是这一趋势的变化，并没有在21世纪初发生突变。

我们知道，云南地区的天气气候受到太平洋和印度洋的共同影响，最近几十年内印度洋海温的迅速升高是否是云南夏季降水量发生突变的原因。本文计算了由云南夏季降水指数与海温场的回归系数场，如图 9所示。从图中可以看到，云南夏季降水与印度洋的海温有较为密切的关系，尤其是南印度洋的海温有显著相关。当南印度海温偏低的时候，有利于云南夏季降水量增加；相反，当南印度洋海温异常偏高时，云南夏季降水量将异常偏少，其显著性超过0.05的显著性水平。因此，最近几十年印度洋海温的显著升高，将有利于造成云南地区平均降水量的异常偏少。

类似地，我们分析了图 9方框范围内平均海温异常的变化情况(图 10)，从图 10a和10b可以看到，夏季南印度洋海温自1960年以来一直处于增暖变化之中，但在20世纪80年代到本世纪初增暖较为平缓。值得注意的是最近10年又出现了显著增暖，且在2002年有突变发生。

综上分析，云南地区在本世纪初出现的夏季降水的减少突变，很可能和热带印度洋赤道地区纬圈环流的减弱有关。为了说明这一点，图 11中给出了1960—2013年云南夏季降水指数与夏季热带印度洋沃克环流的回归系数场以及2002年前后夏季平均的热带印度洋沃克环流与气候平均态的差值场。从图 11a中可以看到，热带印度洋赤道地区的局地沃克环流偏强有利于云南夏季降水偏多，反之局地沃克环流偏弱对应云南夏季降水偏少，这与前文的分析结果非常一致。对比图 11b和11c发现，突变年2002年之前局地的沃克环流偏强，2002年之后局地的沃克环流显著减弱，这与云南夏季降水在2002年的突变减弱恰好对应。通过文中分析可猜测，印度洋局地沃克环流的变化可能通过其上升支位置和强度的变化而影响哈得来环流的变异，并最终影响云南地区的降水。此外，南印度洋中纬度地区海温的增暖，可能导致了西北印度洋的异常反气旋及索马里越赤道气流的增强，最终也是通过沃克环流的变化而产生影响。但其中的物理动力过程还有待进一步的研究。

4 结论

本文分析了1960－2013年期间云南平均降水量、降水日数等演变特征及大气环流等背景条件，并得到如下结果：

(1) 云南地区降水量、降水日数和强降水日数等多种指标均在2002年发生了有可能导致该地区明显干旱化的突变。数据分析表明，夏季降水量的变化是这一突变现象的主要贡献者。

(2) 分析影响夏季降水的主要大气环流特征可以发现，印度洋赤道地区的高低空纬向气流、西北印度洋的异常环流特征、以及亚洲腹地蒙古上空的异常环流特征与该地区夏季的降水有关，而这些特征均在2002年前后发生了显著性的改变。2002年以后，印度洋赤道热带地区的低层和高层分别出现了异常东风和异常西风，索马里越赤道气流增强，西北印度洋出现异常反气旋环流特征，从孟加拉湾、中南半岛到中国华南的西南气流减弱，而蒙古上空为异常反气旋环流。这些特征有利于云南降水的减少，亚洲大陆中高纬度地区与其南面的低纬热带的温差长期减小，也有利于降水的减少。

(3) 分析结果表明，印度洋增暖及印度洋赤道热带地区纬向环流减弱很可能才是2002年后云南降水的减少突变的最主要因子。