六十年来西南地区气象干旱及气候环境变化综述
——西南旱涝形势变化的物理机制探讨

2020-03-12 01:44徐海亮

玉溪师范学院学报 2020年6期

徐海亮

(中国灾害防御协会灾害史专业委员会，北京 102208)

1 南亚高压与西太平洋副热带高压年代际振荡作用

南亚高压，亦称“青藏高压”或“亚非季风高压”,系夏半年(5～9月)位于南亚对流层上部的反气旋环流系统，对中国及西南夏季大范围旱涝分布及亚洲天气有重要影响.其活动中心 5月位于中南半岛北部，6～9月主要位于青藏高原和伊朗高原上空.7～8月高压范围从非洲西岸(20°W附近)起，经印度洋、南亚到达西太平洋(160°E附近)，成为100百帕高度上最强大、稳定的环流系统.南亚高压以其强度指数、面积指数、脊线指数和东伸指数来定义，而指数的变化又影响到中国南部的夏秋降水、旱涝形势的变化.1961～1999年，南亚高压面积指数经历了一个从持续减弱到持续增强的过程，转折点位于1977年.之后，该指数又持续增强，到1999年再突然转折，2000年以来，其经历了又一个持续减弱的变化，目前还没有看到这一次的逆向过程何时结束.与西太平洋副热带高压相比，两种系统的强弱指数、东伸指数和西太副高西伸脊点指数强弱趋势基本一致，具有年代际变化周期，其要素也相互基本同步.统计发现，拉尼娜年该高压脊线往往偏北，而厄尔尼诺年该脊线常偏南.当南亚高压脊线偏南时，中国夏季降水往往出现中间带多雨，南、北两头偏旱格局.故这个高压机制密切地影响着南方——特别是西南地区降水气候的变化.

对于此系统，石文静对1950年代以来南亚高压和索马里急流的统计分析研究，给出逐年夏季南亚高压强度指数和东伸指数的变化序列，并利用 1951～2010 年的 NECP/NCAR 再分析资料，统计分析了夏季索马里急流强度与夏季南亚高压的密切相关联的关系.在年代际尺度上，索马里急流与南亚高压存在显著的正相关关系，当索马里急流偏弱(强)时，夏季南亚高压偏弱西退(偏强东进).年代际尺度上，索马里急流与南亚高压的联系受到 PDO(Pacific Decadal Oscillation)年代际变化的调制.意即南亚高压与西太平洋副高的年代际变化趋势与周期一致，二者同处于负位相时，华南与西南地区往往出现干旱灾害[1].看来，21世纪初的西南干旱趋势，与二者出现的负位相态势环流形势相关联.

1951年以来，太平洋副热带高压也经历了从持续减弱到持续增强的年代际变化周期.1976年以前为减弱阶段，1977年以后为增强阶段.新的转折点在1999年，之后又逆转处于减弱阶段.与上述南亚高压的年代际变化相应.特别引起注意的是，中国南方和西南地区在副高减弱阶段，出现了系列干旱化的趋势.回顾看：当夏季副热带高压脊线偏北时，北方大部地区和江南南部、华南偏涝；相反，当夏季副高脊线位置偏南时，北方大部和江南南部和华南降水偏少，容易出现干旱，如1954年、1969年、1980年、1983年、1987年、1989年、1991年.

南方的干旱化趋势与南北旱涝形势的逆转有关.研究证明[2]：中国北方的干旱化趋势与太平洋海温的年代际异常有关，特别是与太平洋年代际振荡(PDO)存在显著的位相对应关系.2005年，杨修群等发现：华北降水的年代际变化与 PDO 存在着密切关系；2006年，马柱国和邵丽娟的研究揭示了过去100年华北地区的年代尺度干旱与PDO 的位相存在很好的对应关系，即 PDO 的暖位相对应着华北的干旱时段，反之亦然.而东亚夏季风从 1975 年以后存在一个减弱的趋势，这种减弱趋势导致向北输送水汽减弱，形成了较长一个时期以来北方持续干旱化的趋势，而东亚夏季风的这一减弱时段也正好与PDO 的暖位相对应.在 1976～2000 年，当 PDO 处于暖位相时，我国东部呈现并维持“南涝北旱”的分布格局，华北地区持续干旱，而南方是持续的多雨时期；当 PDO 处于冷位相时，对应华北的相对多雨时期，而南方则为少雨干旱时期(Ma，2007；Yang et al.，2017a).长江与南方地区大致在PDO的正(暖)位相处于偏涝阶段，在PDO的负(冷)位相则处于偏干旱阶段，易出现重大的连续的干旱灾害.西南地区一半多的土地面积处于长江流域上游，回顾过去长江的丰枯变化，在某种意义上，也就蕴含了西南地区的旱涝变化.

另一个关联指标是南太平洋年代际振荡.马柱国研究发现：SPDO(南太平洋年代际振荡)在年代际尺度上不仅与华南地区降水异常存在显著的负相关关系，而且还与东北及华北地区降水异常存在显著的正相关关系.当 SPDO 处于正位相时，东北及华北地区降水异常偏多，而华南地区降水异常偏少，可能形成“北涝南旱”的降水分布形势，反之则形成“北旱南涝”的降水分布形势.一个世纪以来的旱涝变化，恰好映证了与SPDO变化的这种关系：

图1中，中间的线表示消除 NPDO(北太平洋振荡) 影响后的 9 年滑动平均 SPDO 指数，其年代际变化的位相与太平洋十年振荡(PDO)有相当程度的关联.贴近的两条线为降水指数 9 年滑动平均结果，分别为 CRU(Climatic Research Unit)3.10.01 降水资料，和 GPCC.V6降水资料.在SPDO正位相时，华南和西南地区则可能出现干旱化趋势，相反，SPDO处于负位相时，华南和西南易出现偏涝局面.

2 秋季干旱的环流背景，冬季风、气温和降水关系分析综述

秋季干旱和冬季风效应已引起特别的关注.沙天阳利用1961—2010年NCEP /NCAR再分析资料和全国753 站月平均降水资料，研究我国西南地区东部秋季干旱的环流特征及其成因.发现西南地区东部秋季降水存在减少趋势，其线性趋势系数达到-5.2 mm /( 10 a).沙的研究认为：“西南地区东部秋季降水存在明显的年际和年代际变化.其中，年代际变化主要表现为，在20世纪80年代中后期，降水存在由多转少的突变;降水量年际变化则与苏门答腊—西太平洋和热带东太平洋的海温分布存在很好的关系.当苏门答腊—西太平洋和东太平洋海温呈现“+ -”异常分布时，引起大气热源的异常，加强哈德莱环流，同时，在南海及孟加拉湾附近激发出异常气旋性环流，而西南地区东部则处于南海气旋性环流外围异常偏北气流控制，削弱了孟加拉湾的水汽输送，从而造成西南地区东部的干旱.”[3]

张顾炜等，则以类似思路采用 1961～2012 年中国气象局 753 站降水和温度资料、NCEP/NCAR 全球大气再分析资料、NOAA 海表温度资料等，应用观测统计分析和全球大气环流模式 NCAR CAM5.1 数值模拟，基于标准化降水蒸散指数(SPEI)，对我国西南秋季干旱的年代际转折及其可能原因进行了分析.西南地区秋季气温与降水变化成果如下图：

图2 近60年来西南地区秋季气温距平与降水距平变化分析直方图[4]

从图2看，显然50年来整个西南地区秋季气温呈持续升高态势，降水则呈现持续下降趋势.明显的转折发生在20世纪90年代.分析结论是：“(1)西南秋季干旱……随着气候变暖呈加重趋势.西南秋季SPEI在1994年发生年代际突变，其中1961～1993年为偏涝期，1994～2012年为偏旱期，与该区气温和降水的突变时间一致，1994年以后西南地区秋季气温升高、降水减少、干旱加重.(2)西南秋季偏旱期主要环流特征是，西太平洋副热带高压位置偏西、面积偏大、强度偏强，南支槽偏弱，西南地区存在下沉运动.(3)热带东印度洋-西太平洋的海表温度年代际升高对西南秋季1994年后的年代际干旱具有重要作用.该关键海区夏季和秋季海表温度年代际升高，会引起秋季西南地区500 hPa高度场升高，西太平洋副热带高压位置偏西，面积偏大以及南支槽减弱，有利于西南地区发生干旱.”[4]

环流背景是：西太平洋副高的强度、位置、面积指数在20世纪90年代都发生了显著变化.

中科院大气所刘扬等进一步从多个物理机制上分析了西南东西两部综合秋季干旱机理：“西南东部降水主要与热带海温异常有关，受低纬度环流影响.当赤道东太平洋为暖海温异常，热带印度洋为西正东负的偶极子型海温异常时，会分别激发出西北太平洋反气旋和孟加拉反气旋，共同向西南东部输送水汽，造成该地区降水偏多.西南西部降水则较复杂，秋季3个月份的降水分别与不同的环流形势对应，中高纬系统的影响随季节的推进而增强.9月西南西部降水主要受热带系统影响，由中南半岛反气旋输送的暖湿气流决定.10月是过渡季节，受高原以东反气旋环流和孟加拉湾低槽共同影响.11月，中高纬系统成为影响西南西部降水的控制系统，西南西部降水与北半球斯堪的纳维亚(SCAND)遥相关存在显著的负相关，当SCAND为负(正)位相时，西南西部降水偏多(少).已有研究表明，云南和四川南部(即本文的西南西部地区)为西南干旱的频发和强度中心地区，而西南东部和北部干旱程度相对较轻(李韵婕等，2014).”“西南地区秋季降水量占年降水量的比重也达到20%以上(Wu et al.,2003)，仅次于夏季，高于春季和冬季(周秀华和肖子牛，2015).而且近50年来，秋季干旱加重的趋势更明显(彭贵芬等，2009；李聪等，2012).秋季连接夏季和冬季，是降水由多转少的过渡季节，连接本来就降水稀少的冬季，很容易产生秋冬季连旱，如2009/2010年西南大旱就是从 2009年秋季开始的(沙天阳等，2013).”[5]

3 西南干旱化与冬季风、北极涛动变化的关系综述

我们在跟踪每一年的旱涝形势变化实践中，关注冬半年的局势和发展，它上接秋季，下联次年春，除了冬季本身具有的干寒背景外，它也深刻地影响着来年春夏季南北旱涝格局.

一个阶段以来，主流舆论总把许多天气异常归咎于暖冬；实际上，暖冬仅是区域性和一定时段的.黄荣辉利用我国测站、NCEP/NCAR 和ERA-40/ERAInterim 再分析资料，分析我国冬季气温和东亚冬季风在 20 世纪 90 年代末发生的年代际跃变特征及其动力成因.结果表明：“从20世纪 90年代末之后，我国冬季气温和东亚冬季风发生了明显的年代际跃变.1999年之后，随着东亚冬季风从偏弱变偏强，我国冬季气温变化从全国一致变化型变成南北振荡型(即北冷南暖型)，并由于从 1999 年之后我国北方冬季气温从偏高变成偏低，故冬季低温雪暴冰冻灾害频繁发生，同时，我国冬季气温和东亚冬季风年际变化从以往3～4 a 周期年际变化变成2～8 a 周期；结果还表明东亚冬季风此次年代际变化，是由于西伯利亚高压和阿留申低压的加强所致.”[6]20世纪末的“暖冬”，实际是华北的冬季升温和冬季风诸现象.到21世纪初，华北的暖冬现象一再被连续的寒冬打破.即冷暖南北振荡的新貌出现了：北方偏寒冷，南方偏温暖.

黄荣辉指出：“中国冬季气温在1988 年前后和 1999 年前后发生了明显年代际跃变.这两次中国冬季气温的年代际跃变的特征有明显不同，发生在1988 年前后的年代际跃变的特征是中国北方(包括东北、华北和西北)出现持续暖冬现象；而发生在 1999 年前后的年代际跃变的特征是中国北方先出现冷暖相间现象，特别从 2008 年之后出现持续偏冷现象，而我国西南、华中和华南出现偏暖现象.”[6]

而且，2008年冰冻雪灾，可能是一个带标志性的变化事件，其实此前华北的寒冬、华南的偏暖已频频出现，西南、华南的偏暖现象，是伴随着系列的区域干旱发生的.

研究者还注意到：“若把 1999～2012 年期间与 1976～1987年期间冬季AO指数相比，则1999～2012年期间冬季AO指数远不如1976～1987年期间冬季AO指数的负值.因此，1999～2012年期间的 EAWM 远不如 1976～1987 年期间冬季风强.”即在1988年之前，冬季AO对冬季风和温度、降水的影响，应该更为强烈一些[6].

诚然，以上研究目前还可能只是一个非主流学派的认识，本世纪初的季风、副高、冬季冷暖、南北冷暖的对立性变异，尚未引发多数气象和灾害工作者注意.国家气候中心的梁苏洁和丁一汇等通过分析，强调了20 世纪的一次突然变暖发生在20世纪80 年代(图件显示大约在1986～1987年)，并被认为是 20 世纪以来增暖最强的一次(Zhao et al.,2005；唐国利等，2009)，尽管分析也从东亚冬季风环流场可以发现，配置作用不仅影响着中国冬季气温一致变化型的年代际波动，而且也从各物理因子分析，认为可以影响到“冬季气温南北反相振荡型的变化，这从一个方面解释了20世纪80 年代和 20世纪90 年代北方变暖较强及最近10年北方降温趋势较为明显的原因”.从而，不强调南北振荡可能产生的重大转折，即：“近些年，我国冬季大范围的冰冻雨雪和寒潮大风天气频发，如 2007/2008年冬季和 2012/2013年冬季，尽管近些年的冬季气温偏低，但这仍未改变冬季气温继续变暖的整体趋势 (王绍武等，2010；Kerr，2012；唐国利等，2012).由此可见，1960/1961年～2012/2013年53个冬季的气温变化是整体变暖的趋势上叠加有年代际波动.”[7]

对于这两种十分有趣的差异性见解，可能需要根据南方——特别是西南地区业已发生的干旱现象和未来走向，加强深入研究，来判断气候系统振荡变化的趋势和偏差幅度，以及可能发生可逆变化的程度和其时间尺度.

董仕等主要从北极涛动AO变化对东亚冬季表面温度的影响作了分析研究[8].北极涛动(AO)，即北半球中纬度地区(约北纬45度)与北极地区气压形势差别的变化，代表北极地区大气环流的重要气候指数.北极通常受低气压系统支配，而高气压系统则位于中纬度地区.当北极涛动处于正位相时，这些系统的气压差较正常强，限制了极区冷空气向南扩展；当北极涛动处于负位相时，这些系统的气压差较正常弱，冷空气较易向南侵袭.因跟踪旱涝形势变异，探索也注意到北极涛动指数变化对中国冬、夏半年天气的影响，以及对北美和欧洲冬季恶劣天气的影响.董仕等利用1950～2013年 NCEP/NCAR再分析资料和哈德莱中心的海表面温度资料，统计分析这一影响，认为：冬季AO正位相时，东亚大槽减弱，西伯利亚高压减弱，低层风场异常偏南，东亚冬季风减弱，东亚冬季风区温度升高，而负位相时情况相反.这一现象，在21世纪以来逐年冬-春的AO指数跟踪中已发现与华北气温、来年夏季南北降水多寡的某种关联.这种较为极端的现象出现在2000～2001年冬春、2002～2003年冬春、2004/2005/2006年的春夏、2008年春、2009年夏秋、2009～2010年的冬春夏、2010～11年的冬春夏、2012～2013年的冬春夏、2014年秋冬、2016年的秋冬、2017年的冬季、2018年的冬季……相应地21世纪初大致出现了秋冬、冬春西南地区偏旱，而来年的华北、东北夏秋降雨较为丰沛.

研究认为AO 作为北半球中高纬度重要的大气环流遥相关型，对热带外地区温度和位势高度影响显著，会导致北半球中高纬度地区多种极端天气事件的发生.冬季AO负异常时，北半球中高纬度地区易发生阻塞天气，导致寒潮、强风、低温等极端天气.上述2000年以来多次在冬春季发生的AO负位相，与华北寒冬、华南西南暖冬(干旱)相关联.而且与其同时，观察注意到当年欧美中高纬度发生较广范围的极寒和暴雪天气.尽管东亚没有出现欧美的极寒，但与东亚比较AO与冬季风对北半球北部的正向影响效果普遍是显著的.最近30多年,不少的AO负位相季节与西南干旱相呼应.有人提出“AO(北极涛动)为负位相时云南高温少雨，易出现春旱，有利于极端干旱的发生.”[9]

此外，大气物理所徐志清等认为：“全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态，西极子位于马达加斯加以东南洋面，东极子位于澳大利亚以西洋面；同时，热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常，东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态；反之，则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春，印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性；与我国长江中游地区夏季降水显著负相关，而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为：对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件，印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常，导致春、夏季海洋性大陆对流减弱，使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北，造成华南地区夏季降水增多，长江中游地区降水减少；反之亦然.”[10]

显然,这一组物理因子(冬季—春季印度洋海温年际变化)，也间接地影响着华南和西南的夏季降水，其冬春季负位相年，春、夏季海洋性大陆对流加强，来年夏季西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西偏南，夏季华南、西南地区就可能出现干旱趋势的迅猛发展.

4 青藏高原大气热源，大气环流旱涝急转，及干旱灾害风险的综述

4.1 高原大气热源变化对南方旱涝的影响

作为地球的第三极——青藏高原冬春积雪的增减变化是关乎高原大气热源——长江和华南/华北降水多寡时空变化的重要驱动因子.冬季高原多雪，夏季副高位置偏南，雨带位置偏南；高原少雪，夏季副高位置偏北，雨带位置也偏北.陈兴芳(2000a)、徐国昌(1994a)、罗文芳(2001a,就高原积雪与贵州旱寒)、李国平(2001a)、黄荣辉(1990a)、卢敬华(2002、2003a)、宋燕(2011a)先后均对此作出系列的观察监测资料分析和机理研究[11].近60年，特别是2000年前，高原及附近地区春夏季大气热源持续减弱.高原积雪出现年代际增加，尤其是春季积雪,自1977年出现由少转多的突变，但在2000年之际，出现由多转少的突变.积雪面积和积雪深度的下降，意味着驱动东亚降水变异的高原大气热源的减弱.高原冬春季积雪的升降和长江流域夏季降水正相关，而与华南/华北则反相关，西南地区作为长江流域的上源，高原积雪和热源的增减，也直接影响区域夏季降水的多寡，且春季积雪比冬季积雪的影响更大.可见，1977年后的南旱北涝、华南与西南相对偏湿，2000年后转为北涝南旱，华南与西南相对干旱化，与高原大气热源的年代际变化也几乎一一对应.

过去，通常以青藏高原位势高度场强度的概念来分析春夏旱涝形势的环境场.在1951～1967年中，位势主要处于正距平状态，1968～1987年主要处于负距平，1988年以后再处于上升态势，主要为正距平，显然也有位相正负的年际变化.高原位势高度偏高时，有利于夏季西太平洋副高偏北、偏西，东亚季风偏强，夏季容易出现北方型雨型.但这里的位势场与高原积雪指数之间尚未指出一一对应关系的突变时间和“强弱”的类同指标.

图3 青藏高原逐年积雪深度标准化距平指数曲线[12]

段安民等也比较了青藏高原积雪和地表热源影响东亚和南亚夏季降水的异同.结果表明“东亚夏季降水在年际和年代际尺度上均存在‘三极型’和‘南北反相’型的空间分布特征，高原春季地表热源在年代际和年际尺度上主要影响东亚夏季降水‘三极型’模态；在年代际尺度上它是中国东部出现‘南涝北旱’格局的重要原因，而高原冬季积雪的作用相反.”[13]西南地区邻近青藏高原，是高原前缘地带，尽管我们看到比较多的探讨是高原积雪指数与来年夏季华北与长江的径流变化比较，但它对西南地区的旱涝影响是非常直接，而又极其微妙的.

李永华等则对1959～2006年西南地区东部20个测站逐日降水量资料和 NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了夏季青藏高原大气热源特征，指出影响西南地区东部夏季旱涝的热源关键区域，并就关键区大气热源对该区域夏季旱涝的影响进行了诊断.得出了以下结论:“西南地区东部夏季降水与高原主体东南部的热源变化关系密切,当该区域(该区域的平均大气热源值定义为热源指数)大气热源偏强时,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大，当夏季青藏高原关键区大气热源值偏强(偏弱)时，西太平洋副高和南亚高压脊线位置偏南(偏北),东亚夏季风偏弱(偏强),出现有利于西南地区东部夏季降水偏多(偏少)的环流形势,同时西南地区东部夏季水汽输送增强(减弱)，水汽辐合上升运动也增强(减弱)，因此，该地区夏季降水容易偏多(偏少)，出现洪涝(干旱)的可能性大.”且进一步分析提出该热源指数：“在20世纪60年代中期以前偏弱，而后至90年代前期偏强，之后到2006年总体偏弱,热源明显偏强的年份依次有1998年，1974年，1969年,1997年，1991年，1987年，1980年，1978年和1970年；热源明显偏弱的年份依次有2003年，1961年，2001年，2002年，1960年，1959年，2004年，2006年和1994年.”[14]在后一序列基本上西南地区都发生了干旱灾害.

显然，在青藏高原东南部积雪面积和厚度减少——高原反射到大气环流的热源值偏弱时，西南地区东部(川渝黔和滇东)基本上都发生了重大或严重的区域性干旱.这一热力原则，不仅适用于传统认识的中国东部地区，西南数省市也非与此毫无关联，在高原热源动力机制年际年代际变化这一点上，受到高原热源的影响,几乎完全属于长江流域.

地球的第三极青藏高原与北极涛动发生关系，且被认为它提前调节和驱动着北极涛动的活动.

对于青藏高原大气热源和西太平洋副热带高压的关系，以及对于西南地区旱涝天气的影响，齐冬梅等指出：“夏季东部青藏高原大气热源和川渝盆地夏季气候关系密切.……当夏季东部青藏高原大气热源偏弱时，西太平洋副热带高压位置偏北，四川盆地东部及重庆地区垂直上升运动较弱，导致夏季容易发生高温干旱.”[15]对于这个问题，我们可以将逐年气象水文实况和当年冬春季青藏高原东部积雪状况(积厚、雪量、降雪与积雪时间等)加以比照，建立关系.国家气候中心宋燕和索琳的最新研究发现:“通过讨论青藏高原积雪与AO、东亚冬季风之间所具有的显著的滞后相关关系，发现在高原积雪偏多时期，AO 处于正位相，东亚冬季风偏弱，并且结合 2012/2013 年冬季高原积雪偏少、北极涛动负位相以及东亚冬季风偏强的观测事实证实了这个结论，认为青藏高原积雪异常超前调节北极涛动的异常和东亚冬季风的强弱.”[16]

4.2 西南地区的旱涝急转对干旱化的影响综述

在20世纪70年代华北地区的夏季旱涝变化的防洪抗旱实践中，常会遇到一种旱涝急剧转变的局面，即初夏旱、伏旱(七下八上)与洪涝迅至的急遽转换，或者在进入雨季、后汛期中突然遭遇初夏旱、伏旱的偏湿—偏干的急遽转换.水旱两相极端天气系统向其对立面急遽地转换，也同样发生在南方西南地区.

南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心的孙小婷等，注意到类似的年内、年际突变现象，“利用 1961～2015 年中国 567 站逐日降水资料和NCEP/NCAR 再分析资料，研究我国西南地区夏季长周期旱涝急转的特征及其相联系的大气环流和水汽输送异常特征，定义了西南地区夏季长周期旱涝急转指数，并在此基础上分析了近 50 年来西南地区夏季长周期旱涝急转的特征.认为1961～1970 年夏季旱转涝多于涝转旱，1971～1980 年夏季涝转旱年较多，1981～2000 年旱转涝与涝转旱年相当，21 世纪初以来，指数又呈现出负值的趋势，涝转旱年偏多.”[17]显然，这一年代际的转换，与上述系列物理指数的年代际变化，有某种类似之处.可见，在20世纪60年代，处于旱期遭遇涝年转换机遇较多，20世纪70年代的涝期和雨季转换为干旱机遇较多.而在南方总体偏涝的20世纪80～90年代，两类可逆的变换机遇相当.到21世纪，偏涝时期转换为干旱阶段的机遇偏多了.这也是新世纪来干旱化加剧的一个原因.

该研究“对大气环流异常特征的合成分析表明，在西南地区夏季旱转涝年的旱期，西太平洋副高偏西、偏强，中高纬环流纬向运动较强，高空西风带偏强，冷空气不易南下，垂直场上表现为下沉运动，不利于西南地区降水；而旱转涝年的涝期，中高纬环流的经向运动增强，乌拉尔山以东的槽加深，东亚沿岸脊加强，西风带偏弱，在垂直场上表现为上升运动，有利于西南地区降水增多.涝转旱年，大气环流情况相反.”[18]换句话说，在西南地区出现夏季涝转换为旱年的涝期，副高偏东、偏弱，中高纬向运动较弱，高空西风带偏弱……情况如似PDO和SPDO的负位相阶段的环流趋势，涝年将转换为旱年来应对了.研究也注意到：“在西南地区夏季旱涝急转的旱期，来自孟加拉湾和南海的水汽输送异常偏弱，该地区亦处于水汽辐散区，不利于降水产生.”[18]

西南区域旱涝急转指数呈现出明显的年际变化.1961～1970 年间为明显的高值年，旱转涝年多于涝转旱年；1971～1980为明显的低差值年，涝转旱年较多，急转程度较强；1981～2000 年间正负指数较为平均，旱转涝与涝转旱年均存在，且急转程度较强；进入 21世纪初，指数又呈现出负值的趋势……”[18]

这种年代际变换的尺度，大致与中国南北旱涝变化和上述一些大范围环境物理指数年代际变化的尺度相类似.促使回顾加深了这一认识：西南地区是属于长江流域和南方类型的.因此，21世纪以来西南的干旱化，不仅仅在于秋季、冬春季的降水偏少趋势，也在于在雨季和汛期，偏洪涝阶段向偏干旱阶段的急剧转换.其中自然有大气环流变化的背景，宏观的气候环境场的相反位相，似乎已经决定了年内、年际转换趋势.今后可进一步逐年跟进对比.

4.3 干旱灾害风险格局分析

中国气象局兰州干旱气象研究所韩兰英等，依据灾害系统理论，利用遥感、气象和地理信息数据与技术建立致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体易损性和防灾减灾能力可靠性等4个因子的风险指数和模型，“建立农业干旱灾害综合风险评估模型，在GIS平台下计算了干旱灾害综合风险指数.结果表明：西南地区干旱灾害风险格局模式具有明显的地带性和复杂性，全区并不一致，高风险区主要位于四川盆地和云贵川三省交界处，北部高于南部，东部高于西部，从西南到东北依次增加.”研究分析认为：“西南地区有两个干旱灾害致灾因子高危险性区域：四川西北部和云南中部.西南地区干旱灾害致灾因子危险性与气候带和地势空间分布基本一致，西部高于东部，北部高于南部，自西北向东南逐渐降低.在寒温带半湿润区的四川西北部、中亚热带湿润区的云南中南部和东北部与贵州交界处为中-高危险性区；中亚热带湿润区的四川南部、贵州西北部和云南中北部为中-次高危险区；重庆、贵州中东部和云南西南部为低-次低危险区.在边缘热带湿润区的云南南部和西南地区东部亚热带湿润区的危险性最低.”“当干旱灾害综合风险指数低的时候，西南地区的干旱灾害风险从东到西是不同的，最高的风险区在四川东南、重庆西北东部和云南东部，低风险主要分布在四川和云南西部、贵州南部.然而，当干旱灾害综合风险指数高时，最高的风险区在四川东南和重庆西北东部，低风险主要分布在四川和云南西部、贵州南部.”[18]

这一风险分区的分析，与中国气象局兰州干旱气象研究所柳媛普等针对气候变暖前提下，利用全国基准基本站地面气温、降水资料，NCAR/NCEP土壤湿度资料及各类经济数据，采用加权综合评价法对西南地区干旱灾害风险因子进行分析的结果有所类同：“四川和云南致灾因子危险性较高，气候变暖后四川东南部、云南和贵州西部危险性增加；西南地区中部到东南部成灾环境敏感性较高，气候变暖后四川东部、贵州及云南东部敏感性增加；承灾体易损性主要分布于西南中东部地区，人口密度、经济密度、耕地面积比重越高的地区易损性程度越高；四川中部、云南东北部、贵州南部及重庆西部防灾减灾能力较高.西南地区干旱灾害风险最高区域为云南东部、四川东部、贵州西部及重庆大部分地区；气候变暖后四川东南部、云南西部危险性明显增加.”[19]这种灾害风险区划的科学成果，可为今后的防灾减灾规划，提供一定程度的参考和科学依据.

5 余论

西南是我国多种自然灾害——如地震、泥石流、山崩、酷旱、洪灾、高低温、山火、霜冻、雪灾、冰雹、台风龙卷风、瘟疫和病虫灾害发生最频繁的边疆地区.严酷的环境条件、频发的自然灾害，在西南少数民族世居先民的文化和心理中，在民俗和生活、生产方式里，在社会建构和经济发展中，都打下了深深的烙印，影响——甚至决定着今后的区域社会发展.本文对西南地区干旱化这一最常见灾种进行了历史的回顾与梳理，归纳和分析，综合陈述了几十年来、特别最近20年来的干旱灾害环境的实际变化和科学研讨,认为诸如水旱这样最常见的自然灾害，是认识和研究西南边疆少数民族(以及汉族)灾害文化不可或缺的一个基础.

(1)以上所有对于云南和西南诸省市区的干旱历史和趋向的分析，基于最基本的气象干旱的实测数据和大气环流各物理要素的监测分析，基本上未去触及社会系统的气象水文干旱和农业干旱的分析.所以，仍限于气候振荡变化中自然因素变动的层面.

然而所谓的干旱应当包含更为丰富和复杂的因子，聚类而言，气象、水文、农林业、社会经济等方面的干旱，水文、农业和经济建设，都蕴含了极为庞杂的人文活动参与和正反两相的干旱后效.云南大学西南环境史研究所周琼教授，在其“环境史视野下中国西南大旱成因刍论——基于云南本土研究者视角的思考”一文里，着重于社会系统和经济发展，揭示和阐述分析了近年来云南和西南致旱的各类因子.她认为：“2009～2013年持续五年的西南大旱的原因备受关注.除官方认为的西南地理地形特殊、全球气候变化及水质污染、湿地退化、原始森林破坏等原因外，西南及东南亚雨林的大面积破坏萎缩、民族生存方式及文化传统的内地化、历史生态破坏后果持续性累积的长期效应影响、现当代政策及其经济利益驱动致使生物物种单一化、物种入侵等造成西南生态系统的变异和根本性破坏等因素，应当是导致、延长西南旱灾最致命、最根本的原因.西南旱灾的形成既与自然规律及自然界的异常变动相关，也与历史上的移民及随之而来的汉民族的生存、生活方式在民族地区的渗透扩张，以及明清王朝的经济、政治开发导致的生态破坏及其生态系统失衡引发的生态危机等密切相关，更是云南及东南亚地区热带雨林大面积毁灭引发的生态危机导致的结果，也是现当代西南乃至东南亚地区为了发展经济，大量种植橡胶、桉树及其他经济林木，导致区域植被种类单一、生态系统脆弱，也给入侵物种创造了机会，削弱了自然本身的协调抗灾能力.对旱灾区域进行分析不难发现，旱灾最严重的地区就是森林破坏及水土流失现象最严重的地区.因植被破坏、水土流失、土地石漠化加剧和水文地质环境的改变，才使当地涵养水源的生态能力减弱而演变为一场巨大的人为灾难.”[20]这是本文没有去探讨和研究的重要人文系统方面.毕竟，作为人类感知的自然灾害，它是自然和社会双重因素交叉、叠加和互为促进和反馈的.即便是我们通常说的“纯”自然的气象和气候变化，实际蕴含着人类活动与人地关系的非常态影响，在工业社会之后已经深深地打上人类活动的印迹.

周琼教授提出的这个“刍论”，谈到的仅是诸如：东南亚热带雨林的大面积毁坏、边疆民族生存思想及模式的长期内地化是旱灾的根源、现当代加重旱灾的人为原因.但她提出的问题给予探讨以重要的启示.笔者认为除降水气象及其变化机制的研究外，还需要加强近40年来区域和流域水文变化、土地结构变化、经济建设导致的大幅度的微地貌变化、农业作物结构和耕作方式变化、林业结构变化——也即钱学森提出的地球表层学问题——人类技术经济变化大幅度改造地球表层与干旱环境发展演化的关联研究，需要科学地研讨城市化、交通、能源、矿产业、水资源产业、制造业、农林业发展变化，他们在多大的广度与深度上改变着贵州为何出现降水减少局面？人类影响气候环境(含局地气候)的干旱后效有什么、是什么？会怎么样？需要分门别类地对各种自然与人类活动的环境贡献进行分析，得出综合的科学结论.

(2)在气候环境变化与水资源未来和危机的研究中，国家气候中心任国玉认为20世纪50年代到60年代中期，西南诸河流域年降水量绝大多数年份为正距平，且已经呈现减少趋势.从60年代中期到70年代初，诸河流域年降水量在平均值上下摆动.但从70年代初开始直至新世纪初，“西南诸河流域年降水量处于偏少阶段”，仍为负距平，其提供的分析图件确实显示如此[21].按同样计算，是否该趋势一直延续到今天？回答是肯定的.如果迄今的这个分析都是准确的，那么是否西南地区干旱化的问题，从气候学角度看由来已久，已经延续了几乎半个世纪了呢？我们在分析中看到了各种气象因素的年代际变化，而且是可逆变化，气候机制是在自我调制和修改变动中的，为何西南地区降水量持续下降？在气温持续升高的未来，水资源将呈现减少的态势吗？近日，“中国天气”网发布一则消息，说“云南省气象干旱主要分布在滇中以西以南地区，全省重旱以上面积21.1万km2、特旱面积12.8万km2，均位列1961年以来历史同期最多”.这不能不引起特别关注，它涉及到历史与未来的天气变化趋势，也涉及到大气圈、水圈、岩石圈的未来异常变化.

到目前为止，各气象科研院所，基于不同的气象模式和资料，对西南地区(或其某一省区)未来几十年在全球变暖前提和区域增温效应下的降水、水资源前景作了各种模拟，结论几乎是一致的，即：西南地区降水量水资源量下降、干旱化将持续发展，区域气候环境的恶化将继续.

(3)除了上述这些问题，即便在气象干旱研究领域内，所采用的干旱界定的各种指标——温度、降水量、降水量距平、年度降水距平、标准降水蒸散指数SPEI、相对湿润度W、标准化降水指数SPI、Z指数、改进型的帕尔默指数PDSI等，但各种方法各有所侧重，很难以一概十，放之西南各省市、各局部地理条件——和各时间尺度皆准，所以是各种相对的判析方法.干旱研究仍在不断探讨尽可能客观描述干旱程度的量化指标(指数).不过在综述的这些指数指示下，干旱化的趋势可以定性，且可以发现并指出突变变化.在考虑大气环境变化的物理机制上，本文也列举了夏季西太平洋副高、南亚高压、太平洋年代际振荡PDO及其强度指数SAHJ、南太平洋振荡SPDO、索马里急流、海温、冬季风强度EAWM、北极涛动AO及其指数AOI、高原积雪及高原热源指数、斯堪的纳(SCAND)遥相关等等，不过这些都不是惟一的机理性解释，本文仅是陈述一种分析见解，给予人文学人提供一种借鉴思路，而非终极性的干旱研究方法.在天气预测和后评估的实践中，有时一些机理之间不一定是完全互洽和可洽的，不同年代和不同地域，有的机理的后效甚至可能是冲突的.在环境场这个巨大的黑箱后面，人们目前尚难确认每一机理对于气候环境巨大黑箱产出之一——降水变化的量化直接贡献.毕竟大气环流和气候环境的变化，还存在人们尚未认识的太多问题，有较大程度的不确定性，还有更多的物理机制可以尝试引进研究中，还不知晓哪些机制之间的相互融通，对于解释云南和西南地区的干旱物理背景更为妥切.我们这里尚未尝试引进的物理机理和环境场，有如：高原季风指数、高原位势场强度、北半球极涡、中纬度阻塞高压、越赤道气流、印度低压、南亚季风、西南季风、南方涛动、南极夏季冰盖指数、台风、大地冷涡、海温变化中拉尼娜与厄尔尼诺现象、太阳活动、东亚遥相关与斯堪的纳遥相关等等.在云南和川渝干旱问题上，都有文章分析当地的干旱与海温的关系，印度洋一百多年来海温的持续上升，对川滇地区的气候环境影响究竟如何呢？如琚建华等对云南50年降水变化与尼诺3区海面温度(SST)关联研究，发现在EL Nino(或La Nina)年，云南初夏降水容易出现偏少(或偏多)，而秋季降水容易出现偏多(或偏少)，在年际降水稳定情况下，出现雨季可能发生后移(或前移)的可能.导致季节性干旱的年内变化.甚至有明显的年代际特征，如70年代中期到80年代末期[22].

列举各种技术手段和方法，是为了显示由它们作出的分析趋势，如何表现了特定区域的干旱化发展与转变的走向.我们相信还有更好的评估指标体系，有更好的手段来表现气候环境现状和未来.而这对于防灾与减灾的工作应用，无疑是很有价值的.

(4)西南地区的热带、副热带地理位置非常特殊，其西、北是青藏高原，川滇西部为背靠青藏的高原前缘山地，南部为青藏隆升驱动形成的云贵高原，西、南境外是印缅南亚山地；与气候环境伴随，区域构造活动升降，造山造貌活动极为剧烈，是古今地震、火山运动活跃地区.本区西南为孟加拉湾、印度洋，东临南海——西太平洋.受到青藏高原热力和动力作用的直接影响，来自印度洋和太平洋的暖湿气流在此交汇.大西南环境演变驱动的内外营力极为强大；从气象水文意义上看，这里紧贴中国南部水塔的三江源地区，降水十分丰沛.区内包含了险峻的高山和浅山地，大江大河峡谷、丰富的高原与盆地河湖水系，盆地、丘陵等多种地形和复杂的微地貌、岩土层次，形成非常庞杂的天气—大地耦合系统.山岭/低谷，河湖，高程，则往往是气—地耦合的微地理单元之边界.在纬度与区位上，它属于南方，属于长江和珠江流域，也属于西部(且部分属于西南国际河流域)，又处于和华南沿海交叉的部位；地形崎岖高差突出也同时造成气候带、气候亚区的垂直分布.这些因素共同导致了该地区复杂多样的气候降水与汇水特点.这是我们在以上降水环境变化讨论中暂时忽略的一个重要的环境历史、地理要素方面.

回顾也注意到，大理和丽江地区的分析，似乎就不认为他们出现了降水下降趋势，而版纳地区，降水是趋增的.四川和重庆的不同位置，自然也有不同的增温/降水后效机制.探讨需要对本文提到了的带有相互冲突的分析，做出进一步的对比、判析，求得科学的结论.应该注意到，所谓降水减少或增加，不是仅限于一次或一年的数值比较，而且也不一定直接导致旱涝灾害.我们这里关注的首先是极端干旱意味的降水变差特性的强化，它带来极端性亢旱或突发性极端雨洪灾害的结果，是整体的气候环境恶化问题.

而讨论干旱环境及旱涝灾害，自然不能脱离下垫面地理环境，去孤立地侈谈大气环流.这是今后需要结合具体地貌等条件的局地的案例进行天地耦合分析的.

(5)气候要素的转换节点.探讨非常关注气候环境演化转变的突变点.本探讨所列举的多种分析都尽可能对此作出判定.如：贵州干旱时空(1991，2001)，川滇(T 1997，W 1999)，西南地区温度(1986)，南亚高压(1977，1999)，东亚夏季风(1977，1999)，西南季风SPEI(1994)，冬季温度指数(1988，1999)，北极涛动(1976，1988，1999，2012)，高原位势(1968，1988)，高原积雪(1976，1999)，中国气温(1988，1999)，云南气温(1986)，昆明天气(T 1992，W 1994)，云南SPEI(1997)，全国的修正帕尔默指数scPDSI(2001)，PDO(1944/1945，1966/1977，2000/2001).多数计算据称通过诸如：高斯低通滤波分析或其他分析，及其M-K 检验，达到0.05 信度.尽管不同的气候因子或不同统计时段、不同的计算平台可能存在合理的和精度的误差，但以上突变年度，存在可进一步观察的规律性.说明一些因素和趋势，具有宏观的时间的关联性.1976/1977年和2000/2001年，是最重要的转折年度.相对于全国，西南地区则存在演化的同一性，也可能某些因素存在略有地区特征的偏移.

由于宏观天气系统发生转折性变动，存在诸如旱涝、冷暖、干湿现象的局地对换，存在更为宏观的气候物理参量的从某一相位，向其矛盾冲突对立相位的转化，从而启示我们在认识气候环境的振荡中，需要遵循自然哲学和自然辩证法的原则，遵循万物变动的自然法则.在我们熟知的极端旸旱中，大气环流重新调节着水汽通量和它的变化形态，正蕴含着对立相位灾害现象的能量积聚，干旱程度越强烈，系统转折后来临的暴雨洪涝灾度也越为巨大.

(6)在60年前，因人们急迫需要对1958～1962年全国大面积的干旱灾害进行认识和探讨，需要回答旱涝灾害的自然机制问题，科研界、气象界、水利界、农林界和民政部门，在过去零星的记录、研讨与著述基础上，都开创了旱涝灾害气候的研究.不过当时，相关科学技术水平相对还较低，许多探讨方法局限于统计分析和经验分析.后来，随着气象监测仪器发展和网站建设发展，气象科学和减灾科学的发展，计算方法和计算工具的发展，随着防旱减灾事业的推进，旱涝气候的研究和应对，在20世纪70～80年代及21世纪初取得了长足进步，天地生人的灾害环境整体观得以进入灾害研究领域.21世纪的灾害史与灾害预测的研究，需要回答地球环境与区域环境提出的新挑战.

6 初步结论

(1)基于全国、西南及其不同省市区多年实测气温、降水资料和 NCEP/NCAR再分析数据，以及国外一些气候中心资料，采用多种方法对于不同尺度温度和降水长序列的变化进行分析，认为20世纪60年代以来，西南地区的总体趋于温度上升，降水量下降，气象干旱化发展.近60年来，气温和降水的变化，发生了一些重大转折和突变.采用诸如 Mann-Kendall 法、滑动 t 检验、高通滤波、Morlet 小波周期分析以及 Hurst 指数等方法检验，认为气候环境变化的转折点一般在1976/1977年和2000/2001年，21世纪以来干旱化程度加剧.

(2)西南地区的温度和干旱变化，和全国一样，受制于系列气候环境物理场中各种物理机制和影响，其中夏季西太平洋副高、南亚高压、太平洋年代际振荡、南太平洋振荡、索马里急流、海温、北极涛动、青藏高原积雪及高原热源变化机制可能是最重要的方面.且这些重大环流系统都出现从某时段的物理状态向其对立状态的转化，即位相转变，并直接影响旱涝形势转化.

(3)从各区域旱涝变化与物理机理关系看，从胡焕庸线的走向看，西南地区的降水旱涝特征，仍然属于该线东部的地区，相对遵从东部季风气候区的总体规律；西南地区旱涝演化，与华南地区存在相当大的关联性，它毕竟也属于南方，大气环流的机制影响的毗邻地区.60年来的旱涝变化历史基本如此；只是西南与华南的干旱化，有不小的差异性，21世纪尤甚.

(4)西南地区气象干旱化问题，这里仅仅是结合了1990年代以来部分文论和分析成果进行了综合陈述.研究还需要结合各种分析方法(如干旱指数、物理机制)、多维度(如水文干旱、农业干旱、社会经济后效)，深入探讨.西南地区的干旱化，和降水量多寡有关，以四川西部、云南中部趋重，即寒温带半湿润区的四川西北部、中亚热带湿润区的云南中南部和东北部与贵州交界处为中-高危险性区，但干旱最高风险度区域为云南东部、四川东部、贵州西部及重庆大部分地区.干旱灾害发生季节，以夏、秋、春季为重.

(5)西南地区的气候变化，持续增温和降水的持续减少，自20世纪60年代以来干旱化趋重的事实，启示人们需要基于气候环境变化，特别关注未来西南的气候变化走向，从而对城市乡村发展规划、各产业发展规划、水利规划和减灾抗灾规划制定做出科学的前瞻，以加强对于西南干旱灾害气候的科学共识，建设和强化各级政府应急应对、长线应对机制，加强灾害文化和科普教育，引导社会普遍关心与投入.

(6)应该看到，尽管经历了60年的反复观察和分析，通过仪器逐日监测的旱涝两相的可逆式变化，人类也在不断思考和归纳，但对于气候变化的复杂性并未终结其观察和探讨，也不能局限于对某场次性旱涝或年次性旱涝的认识，乃至年代际变化过程来轻易研判气候变化，天文与气候，有着多个时间尺度的周期变化和振荡，呈现给人类的气象仅仅是多个不同尺度的旱涝灾害周期振荡的叠加复合体，不好局限于西南地区我们业已认识到的年际或年代际的变异，也不能局限于某些时兴的认识或舆论，轻易做出结论.

六十年来西南地区气象干旱及气候环境变化综述——西南旱涝形势变化的物理机制探讨