近几十年中国西北夏秋季干湿年代际变化及成因初步分析.pdf

马潇祎,范可.2023.近几十年中国西北夏秋季干湿年代际变化及成因初步分析 J.大气科学,47(4):943956.MAXiaoyi,FANKe.2023.InitialExaminationofInterdecadalShiftsandCausesofSummerandAutumnDrynessandWetnessinNorthwestChinaoverRecentDecadesJ.ChineseJournalofAtmosphericSciences(inChinese),47(4):943956.doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21115近几十年中国西北夏秋季干湿年代际变化及成因初步分析马潇祎1,3范可21中国科学院大气物理研究所,北京 1000292中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海),珠海 5190823中国科学院大学,北京 100049摘要本文利用观测和再分析资料，分析了 19612014 年中国西北地区（35N50N，75E95E）夏秋季节干湿线性变化趋势特征，定量计算了蒸散量和降水量对干湿变化趋势的贡献，同时分析了其年代际变化特征及其相关的大尺度环流和水汽收支变化。结果表明，西北夏季和秋季干旱变率在四季中最大，是干旱最易发生季节。西北地区在 19612014 年夏秋季显著变湿，其中蒸散和降水在西北地区的线性变湿趋势中占主要作用，降水量的增加和蒸散量的减少对西北变湿都有正贡献，二者趋势总贡献率夏季为 93.4%，秋季为 67.5%。夏秋季西北干湿变化的年代际转折在 1987 年前后，自 1987 年后，夏季西北年代际变湿，主要受到蒸散量和降水量变化影响，地面风速减小所造成的蒸散量降低有利于该地区年代际变湿；西北地区水汽输送通量异常辐合导致其降水量增加。水汽诊断分析进一步表明，夏季降水量的增加主要来自于局地蒸发的增强，贡献率达到约 80%，表明局地蒸发是降水的重要水汽源。此外，夏季水汽平流项为正值（即水汽通量辐合加强），有利于降水量增加，该贡献主要由与风速有关的动力学分量引起。而秋季，1987 年后西北地区的净辐射通量和地面风速减小共同导致该地区蒸散量降低，进而造成西北地区的年代际变湿。关键词中国西北干湿变化趋势和年代际成因蒸散和降水贡献水汽收支文章编号1006-9895(2023)04-0943-14中图分类号P461文献标识码Adoi:10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21115Initial Examination of Interdecadal Shifts and Causes of Summer andAutumn Dryness and Wetness in Northwest China over Recent DecadesMAXiaoyi1,3andFANKe21Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 1000292School of Atmospheric Sciences/Southern Marine Sciences and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai),Sun Yat-sen University,Zhuhai5190823University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049AbstractUsingobservationalandreanalysisdatafrom1961to2014,thespatialandtemporalcharacteristicsofdryand收稿日期2021-07-06；网络预出版日期2022-01-18作者简介马潇祎，女，1996 年出生，博士研究生，主要从事中国极端干旱及可预测性研究。E-mail:通讯作者范可，E-mail:资助项目国家自然科学基金项目 4223062，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队建设项目 311020001Funded byNationalNaturalScienceFoundationofChina(Grant4223062),InnovationGroupProjectofSouthernMarineScienceandEngineeringGuangdongLaboratory(Zhuhai)(Grant311020001)第47卷第4期大气科学Vol.47No.42023年7月ChineseJournalofAtmosphericSciencesJul.2023wetchangesduringsummerandautumninNorthwestChina(35N50N,75E95E)wereinvestigated.Theauthorsexaminedthecontributionsofevapotranspirationandprecipitationtothelineartrendofdrynessandwetness,andthelarge-scaleatmosphericcirculationsandwatervaporbudgetassociatedwithinterdecadaldrynessandwetnesspatternswerealsoinvestigated.ResultsindicatethatdroughtvariabilityinsummerandautumninNorthwestChinawasthemostsignificantacrossallfourseasons,withthehighestprobabilityofdroughtoccurringduringthesetwoseasons.However,aremarkableincreasingtrendinwetnesswasobservedinNorthwestChinafrom1961to2014,withevapotranspirationandprecipitation playing crucial roles in the region s rising humidity.Both increasing precipitation and decreasingevapotranspirationpositivelycontributedtothewetnesstrendinNorthwestChina.Thecombinedcontributionrateofthesetwotrendswas93.4%insummerand67.5%inautumn.Aninterdecadalshiftfromdrytowetconditionsoccurredinsummerandautumnaround1987overNorthwestChina.Sincethen,interdecadalhumidificationhasbeenprimarilyinfluencedbychangesinevapotranspiration,drivenbyreducedsurfacewindspeed,whichpositivelycontributedtotheareashumidification.TheanomalousconvergenceofwatervaportransportfluxresultedinincreasedprecipitationinNorthwestChina.Watervapordiagnosticanalysisfurtherrevealedthattheincreaseinprecipitationprimarilyoriginatedfromenhancedlocalevaporation,withan80%contributionrate,signifyingthatlocalevaporationisacriticalwatervaporsourceforprecipitation.Additionally,thesummerwatervaporadvectiontermwaspositive,indicatingstrengthenedwatervaporfluxconvergence,whichpositivelycontributedtotheincreaseinprecipitation.Thiscontributionwasmainlyduetothedynamiccomponentrelatedtowindspeed.Incontrast,after1987,thedeclineinnetradiationfluxandsurfacewindspeedtogetherledtoreducedevapotranspirationinNorthwestChinaduringautumn,causinginterdecadalhumidificationintheregion.KeywordsNorthwest China,Changes of dryness and wetness,Trends and interdecadal,Cause,Contribution ofevapotranspirationandprecipitation,Watervaporbudget 1 引言政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）指出，20062015 年期间，陆地平均气温比 18501999 年期间高出 1.53C，全球变暖会导致热浪、干旱等极端事件并发的概率增加（IPCC,2021）。中国西北位于欧亚大陆腹地，是中国的干旱地区，对全球变暖非常敏感（陈亚宁等,2012;Huangetal.,2017）。由于降雨不足和降雨事件少，干旱地区更易发生干旱（Dai,2011a）。干旱可能导致缺水、作物歉收、土地退化和土壤侵蚀，这对当地农业和经济的可持续发展具有重要影响（Heetal.,2014）。因此，研究西北地区的干湿变化特征及成因，从而加强对干旱灾害的监测力度，对于区域防灾减灾具有重要意义。在过去的几十年里，中国干旱地区的气候发生了显著的变化。施雅风等（2002）最早提出了西北地区从暖干型气候过渡到暖湿型气候的观点，即干旱发生的情况有所缓解。靳立亚等（2004）分析了西北干旱区四个季节干燥指数近 50 年的线性变化趋势。黄小燕等（2011）研究表明中国西北地区在19602009 年存在变湿趋势，其中春、冬季节增加趋势最明显。Liuetal.（2013）指出 19602010 年西北地区干旱指数显著下降，四个季节西北呈湿润变化趋势。Yangetal.（2021）指出随着 20 世纪90 年代末西北地区的降水量增加，西北东部地区由暖干向暖湿过渡，其中降水对西北暖湿度的贡献明显大于温度的贡献。然而，由于选取时段的不同，西北地区的变湿趋势仍存在部分争议。Longetal.（2018）基于标准化水分距平指数研究发现19482010 年西北西部气候由暖干向暖湿转变的趋势并不明显。张永等（2007）利用帕尔默干旱指数（PalmerDroughtSeverityIndex,PDSI）分析 19532003 年西北地区的干湿变化特征指出，100E 以西的西北西部地区具有湿干湿的变化趋势。针对上述西北地区近 50 年温度升高和降水增加的特点，Huangetal.（2019）从气候系统和大气环流等角度揭示西北暖湿变化的成因。陈冬冬和戴永久（2009）研究表明北大西洋涛动、北半球和亚洲对流层极涡面积与 19582002 年夏季西北降水的西增东减存在联系。中亚地区对流层中上层的冷却导致副热带西风急流南移，对应低层为异常偏南风，西北地区上空产生异常上升运动，导致西北地区降水增加，并且减弱的南亚夏季风可能是造成这种大气环流异常的可能原因（Zhaoetal.,2014）。LiandMa（2018）研究发现印度洋和中亚上空的大气科学47卷944ChineseJournalofAtmosphericSciencesVol.47大范围环流异常是西北干旱地区 1991 年夏季降水年代际变化的重要原因。Lietal.（2016）发现1987 年后西北干旱区降水量增加与西伯利亚高压和北美副热带高压的加强有显著的相关性。Zhuetal.（2019）研究指出西北地区夏季降水与乌拉尔山阻塞高压存在年代际相关关系，在 19611988 年，乌拉尔山阻塞高压与西北地区夏季降水显著相关，波活动向东南传播，影响西北地区大气环流和降水；而在 19892016 年，乌拉尔山阻塞高压东移，对西北地区上空的大气环流影响减弱。此外，在19611988 年期间，前期冬、春季较暖的热带印度洋海温通过调制大气边界层中等效位温导致南亚高压异常，进而影响西北地区夏季降水；而在19862015 年期间，热带印度洋海温在厄尔尼诺南方涛动衰减年起到“电容器”作用，暖的热带印度洋海温可以激发海洋性大陆上空对流增强，激发自孟加拉湾经中国西北到达欧洲西北部的北传波列，导致西北地区对流增强（Huangetal.,2011）。干旱程度除了取决于气温和降水的变化，也取决于降水和潜在蒸散之间不平衡的累积效应（Shuttleworth,1993;Dai,2011b）。在干旱或半干旱地区，降水和温度的变化难以描述地表的干湿程度（Gan,2000;Maetal.,2004）。蒸散量是水循环中一个重要的通量项，它综合了大气需求和地表条件，也是决定干旱和半干旱地区气候干旱的一个重要因素。因此，一些研究更加关注气温、蒸散量和降水量对中国西北地区干湿变化的综合影响。已有研究表明 19552008 年降水量增加和蒸散量减少的协同作用共同导致西北地区的干旱趋势有所缓解（Huoetal.,2013）。但是关于西北地区潜在蒸散的变化存在一些矛盾结论。一种观点认为西北地区的蒸散量在所有季节都呈现下降趋势，其中风速是主要影响因素（Thomas,2000;Songetal.,2010;Yinet al.,2010）。Wang et al.（2020）研 究 19602017 年干湿变化对蒸散和降水的敏感性及相对贡献，发现风速降低和降水量增加造成蒸散量下降，导致干旱地区出现湿润趋势。另一种观点认为蒸散量在 20 世纪 90 年代后期有增加的趋势，并对西北地区的干湿变化有重要影响（Lietal.,2013;Dongetal.,2020）。其中，相对湿度减少、温度和风速增加是潜在蒸散量呈年代际增加趋势的主导因素（Lietal.,2013）。上述关于西北地区干湿趋势变化的研究，因选取时段和季节的不同，结论有所争议，目前相对较少去量化降水量和蒸散量对西北干湿变化趋势的贡献。因此，本文针对西北地区夏季和秋季最易发生干旱的季节，首先分析近几十年西北地区干湿变化的基本特征，计算和量化蒸散和降水对西北地区干湿变化线性趋势的贡献，并初步揭示蒸散和降水变化对西北自 1987 年后变湿的影响，有助于更准确地理解西北地区干湿变化的气候成因。2 数据和方法 2.1 数据来源采用 0.250.25分辨率的格点资料，该格点资料基于中国气象局 2400 余站的观测资料，使用距平逼近法，由气候场和距平场分别插值后叠加得到（吴佳和高学杰,2013）（简称 CN05.1）。日本气象厅（JMA）提供的 55 年再分析的全球逐月大气资料（JRA-55），该数据集的水平分辨率为1.251.25，垂直高度为 11000hPa 共 37 层（Kobayashietal.,2015;Haradaetal.,2016）。选取以上多套资料共同时段 19612014 年，并将其统一双线性插值为 2.52.5的分辨率。Palmer 干旱指数（PDSI）是根据观测的降水和温度强迫的水量平衡模式计算，既考虑了水分亏缺和持续时间两个因素，也包含了前期天气条件对干旱程度的影响（Palmer,1965;Rindetal.,1990;BurkeandBrown,2008）。PDSI 能够更加合理、准确地描述中国北方干旱各项特征（卫捷等,2004）。为更好表示不同气候区域之间的 PDSI 值，Wellsetal.（2004）对该指数进行了修订，提出了自校正Palmer 干 旱 指 数（self-correcting Palmer DroughtSeverityIndex,scPDSI），并使用 Penman-Monteith方程进行误差最小化，该方程考虑了辐射、湿度和风速的影响（Allenetal.,1998）。scPDSI 指数提高了空间可比性，并使用了更实际的潜在蒸散量估计，从而提高了其在全球变暖情景下的适用性（VanDerSchrieretal.,2006）。本文使用的 Palmer干旱指数数据来源于 Daietal.（2004）估算的全球 PDSI 格点数据，后修正为 scPDSI 指数，空间分辨率为 2.52.5。有关 PDSI 数值所表示的干、湿等级如表 1 所示。2.2 计算方法2.2.1蒸散量本文采用在国际上已得到充分肯定和广泛应用4期马潇祎等：近几十年中国西北夏秋季干湿年代际变化及成因初步分析No.4MAXiaoyietal.InitialExaminationofInterdecadalShiftsandCausesofSummerandAutumn.945的蒸散量的计算公式（Allenetal.,1998）：E0=0.408b(RnG)+900Tm+273U2(esea)b+(1+0.34U2),（1）其中，E0为参考作物蒸散量（mmd1）；b 为温度水汽压曲线斜率（kPaC1）；Rn为是作物表面净辐射（MJm2d1）；G 为土壤热通量密度（MJm2d1），它是土壤加热所用的能量（白天可以忽略）；为湿度常数（kPaC1）；Tm为日平均气温（C）；U2是 2m 高度的风速（ms1）；es是饱和水汽压（kPa）；ea是实际水汽压（kPa）。2.2.2趋势贡献率Cxi采用 Yinetal.（2010）的方法估算了蒸散量和降水量变化对干湿趋势的相对贡献（）：Cxi=SxiRxi,（2）Txi相对变化趋势（）采用传统的最小二乘线性拟合法计算了时间序列在 54 年的趋势：Rxi=54Txi|A|xi,（3）SxiRxiTxi|A|xi式中，是灵敏度系数，是观测期蒸散量和降水量或气象变量的相对变化，和分别为蒸散量、降水量或气象变量的相对趋势和绝对平均值。对于 scPDSI对气象变量 xi（蒸散量和降水量）的敏感性，如果输入变量和输出变量之间有良好的线性关系，则计算灵敏度系数的公式（McCuen,1974;SaltelliandMarivoet,1990;Helton,1993）为Sxi=bixiy,（4）xiy其中，和分别表示输入变量 xi和输出变量y（scPDSI）的标准差，bi表示 y 相对于 xi的回归系数。为了避免在计算平均值时出现小且无意义的值，分别对 xi和 y进行最大最小归一化处理。2.2.3水汽诊断分析为了认识水汽变化对西北地区的干湿变化趋势的贡献，并估计热力和动力贡献对两个时期之间降水变化的相对重要性，本文参考了柱积分水汽收支方程（TrenberthandGuillemot,1995）：P=EpqpqVhhqVhhq+,（5）pqpqVhhqVhhq其中，P 和 E 分别表示降水量和蒸发量，q 是比湿，Vh是水平速度，表示从地面到对流层顶的垂直积分，“”表示距平。和分别是垂直水汽平流的热力学和动力学分量；同样，和分别表示水平水汽平流的热力学和动力学贡献；剩余项 指的是与地形和模式偏差有关的表面过程。3 西北夏季和秋季干湿长期线性变化趋势及降水量和蒸散量的相对贡献对 19612014 年 611 月平均 scPDSI 进行REOF（RotatedEmpiricalOrthogonalFunction）分解，表 2 列出前 10 个 REOF 特征向量对平均scPDSI 总方差的贡献率和累积贡献率，累积方差为 61.8%。根据图 1 中第一模态旋转载荷向量空间分布场，以旋转载荷向量通过 0.1 显著性水平所包含的范围为分区依据，得到了西北地区范围为（35N50N，75E95E）。表 1 PDSI 指数表示的干、湿等级Table 1 PDSI (Palmer Drought Severity Index)indicatedryness/wetness gradesPDSI指数值等级4.00极端湿润3.003.99严重湿润2.002.99中等湿润1.001.99轻微湿润0.990.99正常1.001.99轻微干旱2.002.99中等干旱3.003.99严重干旱4.00极端干旱表 2 19612014 年 611 月中国平均 scPDSI 的 REOF分解前 10 个特征向量对总方差的贡献率和累积贡献率Table 2 Contribution and cumulative contribution of thefirst ten eigenvectors for REOF to the average scPDSI inChina from June to November during 19612014贡献率累积贡献率113.6%13.6%26.9%20.5%34.6%25.1%45.5%30.6%54.9%35.5%65.5%41.0%76.4%47.4%84.3%51.7%96.2%57.9%103.9%61.8%大气科学47卷946ChineseJournalofAtmosphericSciencesVol.47图2 是19612014 年西北地区不同季节scPDSI干旱指数的标准差空间分布。图 2 可见，四个季节的干旱指数标准差空间分布基本一致，但每个季节的标准差都具有空间分布的差异性。总体上西北地区四个季节的干旱指数变率以 40N 为分界线表现出了明显的南北差异，40N 以北地区的 scPDSI 值整体偏低，最低值中心在准噶尔盆地，最小值的范围为 0.81.4。而 40N 以南地区 scPDSI 干旱指数值整体偏高，塔里木盆地是最高值中心，最大变率值在 3.23.4 之间。与其他季节相比，夏秋季节干旱指数变率较大。夏季，干旱变率最大值位于塔里木盆地的西部边缘和东部地区，最大值分别达到3.2 和 3.4。秋季干旱变率最大值分布与夏季基本一致，但西部边缘地区和东部地区的最大值均达到3.4。以上表明西北地区的夏季和秋季是更容易发生干旱的季节。因此本文主要研究西北地区夏秋季的干湿变化。图 3 为 19612014 年夏秋季西北地区 scPDSI干旱指数的线性趋势空间分布。西北地区夏季（图 3a）和秋季（图 3b）干旱指数变化趋势的空图119612014 年 611 月中国平均 scPDSI 的 REOF 分解第一模态区域特征向量空间分布。打点区域表示通过 0.1 显著性水平的检验Fig.1Spatial distribution of first mode eigenvectors for REOF(RotatedEmpiricalOrthogonalFunction)tothescPDSI(self-correctingPalmer Drought Severity Index)averaged in China from June toNovemberduring19612014.Thedottedareasindicatesignificantat0.1significancelevel图219612014 年不同季节中国西北地区 scPDSI 标准差的空间分布：（a）春季（MAM）；（b）夏季（JJA）；（c）秋季（SON）；（d）冬季（DJF）Fig.2SpatialdistributionofstandarddeviationforscPDSIinNorthwestChinainfourseasonsduring19612014:(a)Spring(MAM);(b)summer(JJA);(c)autumn(SON);(d)winter(DJF)4期马潇祎等：近几十年中国西北夏秋季干湿年代际变化及成因初步分析No.4MAXiaoyietal.InitialExaminationofInterdecadalShiftsandCausesofSummerandAutumn.947间分布基本一致，整体都表现出显著变湿的长期线性趋势，且除西北中部地区外，其他大部分地区变湿的线性趋势都通过 0.05 的显著性水平，这印证了施雅风等（2002）指出西北自 20 世纪 80 年代末以来开始暖湿过渡。夏季的长期变湿趋势比秋季更为明显，其中塔里木盆地变湿最为显著，干旱指数变化倾向率最大达到 1.8(10a)1以上。与夏季相比，秋季西北地区显著变湿区域偏少，干旱指数变化倾向率在 0.11.8(10a)1之间。PDSI 指数受到蒸散、降水、土壤湿度和径流四个因子的影响（Daietal.,2004）。但由于土壤湿度和径流数据难以获得，本文将其归类为其他因子，分别计算蒸散量、降水量和其他因子对19612014 年西北地区 scPDSI 指数长期线性趋势的相对趋势贡献率。如图 4a 所示，在夏季，西北地区蒸散量对干旱指数的长期线性趋势贡献率为43.2%，降水量为 50.2%，二者贡献率和达到 93.4%；秋季（图 4b）蒸散量的贡献率为 42.6%，降水量为 24.9%，二者贡献率和为 67.5%，二者贡献率比夏季略低。由此表明，在夏季西北地区长期线性变湿趋势中，蒸散量和降水量对其贡献占主导作用。对于秋季西北长期线性变化趋势，蒸散量对该地区长期变湿的贡献最大。进一步分别分析西北地区夏季和秋季降水量和蒸散量的线性趋势变化（图 4c、d），发现夏季（图 4c）西北地区蒸散量有显著减少的趋势，其平均线性趋势变化倾向率为0.05mm(10a)1，通过 0.05 的显著性水平，表明西北地区蒸散量减少对该地区干湿变化线性趋势具有正贡献。夏季降水量出现显著增加的线性趋势，平均线性增长率为0.02mm(10a)1，对西北地区线性趋势变湿也有正贡献。因此夏季西北地区蒸散量的显著减少和降水量的显著增加，造成西北在过去的 54 年里变得更加湿润。在秋季（图 4d），蒸散量平均线性变化率为0.03mm(10a)1，通过 0.05 显著性水平。而秋季降水量的线性趋势值较小，没有通过显著性检验。因此，秋季主要是蒸散量的减少导致西北地区出现长期变湿趋势。4 降水量和蒸散量变化对 1987 年前后西北夏季和秋季干湿年代际变化的影响成因基于以上降水和蒸散对西北夏季和秋季 scPDSI指数长期线性趋势变化的主要贡献分析，本文将从大尺度环流和水汽收支的差异，进一步说明降水量和蒸散量对 1987 年前后西北夏季和秋季干湿年代际变化的影响成因。图 5a、b 是 19612014 年夏季和秋季西北地区区域平均 scPDSI 指数的时间变化。从图 5a、b可见，无论夏季还是秋季，scPDSI 呈显著线性增加趋势并存在干湿年代际变化特征。20 世纪 80 年代末期之前 scPDSI 多为负值，西北地区易发生干旱，之后 scPDSI 指数由负值转为正值，正的干旱指数值基本都在 1.0 以上，西北地区处于湿润阶段。图319612014 年（a）夏季和（b）秋季中国西北地区 scPDSI 线性趋势 单位：(10a)1 的空间分布。打点区域表示通过 0.05 显著性水平的检验Fig.3Spatialdistributionoflineartrendunits:(10a)1forscPDSIinNorthwestChinain(a)summerand(b)autumnduring19612014.Thedottedareasindicatesignificantat0.05significancelevel大气科学47卷948ChineseJournalofAtmosphericSciencesVol.47图419612014 年（a）夏季和（b）秋季西北地区区域平均气象要素对 scPDSI 指数的相对趋势贡献率。19612014 年（c）夏季和（d）秋季西北地区区域平均气象要素（蒸散和降水）的线性趋势 单位：mmd1(10a)1，打点表示通过 0.05 显著性水平的检验Fig.4RelativecontributionratesofmeteorologicalelementstothescPDSIinNorthwestChinain(a)summerand(b)autumnduring19612014.Lineartrendunits:mmd1(10a)1)ofmeteorologicalelements(evapotranspirationandprecipitation)inNorthwestChinain(c)summerand(d)autumnduring19612014.Thedotindicatessignificantat0.05significancelevel图519612014 年（a、c）夏季和（b、d）秋季西北地区（a、b）scPDSI、（c、d）scPDSI 的 Mann-Kendall 检验的时间序列。图 c、d 中，UF（UB）代表 scPDSI 顺（逆）序统计曲线，虚线为 0.05 显著性水平临界值（1.96）Fig.5Timeseriesof(a,b)scPDSI,(c,d)scPDSIbyMann-KendalltestinNorthwestChinain(a,c)summerand(b,d)autumnduring19612014.InFigs.c,d,UF(UB)represents the sequence(inverse)statistical curve of scPDSI.The dashed line represents the critical value(1.96)of 0.05significancelevel4期马潇祎等：近几十年中国西北夏秋季干湿年代际变化及成因初步分析No.4MAXiaoyietal.InitialExaminationofInterdecadalShiftsandCausesofSummerandAutumn.949利用年代际突变检验 Mann-Kendall 方法，分别对 19612014 年西北地区夏季和秋季 scPDSI 干旱指数的时间序列进行突变检验（图 5c、d）。从图 5c、d 中可以看出，对于西北夏季和秋季，UF（scPDSI 干旱指数的顺序统计曲线）与 UB（scPDSI指数的逆序统计曲线）线都相交于 1987 年左右，且交点在临界线之间，表明 1987 年为西北夏季和秋季从干显著变湿的年代际突变点。滑动 T 检验方法的结果与 Mann-Kendall 检验一致（图略）。4.1 1987 年前后大气环流对蒸散变化的影响图 6a、b 分别是夏季和秋季西北地区蒸散量在 1987 年前后气候的年代际差异场（19882014减 19611986 年）。夏季（图 6a）和秋季（图 6b），在 1987 年后西北地区全区蒸散量显著降低，大部分地区通过 0.01 的显著性水平。在夏季（图 6a），1987 年后，塔里木盆地蒸散量降低最明显，减小值最大可达到0.6mmd1以下，蒸散量减少造成西北地区存在由干变湿的年代际变化。秋季（图 6b），图619882014 年减 19611986 年中国西北地区年代际差异场：（a）夏季、（b）秋季蒸散量（单位：md1）；（c）夏季降水量（单位：md1）；（d）夏季、（e）秋季地面风速（单位：ms1）；（f）秋季净辐射（单位：Wm2）。打点区域表示通过 0.01 显著性水平的检验Fig.6ThedecadaldifferencesinNorthwestChinabetween19882014and19611986:Evapotranspiration(units:md1)in(a)summerand(b)autumn;(c)precipitation(units:md1)insummer;surfacewindspeed(units:ms1)in(d)summerand(e)autumn;netradiation(units:Wm2)inautumn.Dottedareaindicatessignificantat0.01significancelevel大气科学47卷950ChineseJournalofAtmosphericSciencesVol.47西北地区的蒸散量在 1987 年后整体降低，降低最明显区域在塔里木盆地，减小值最大为0.3mmd1，与夏季相比强度偏低。已有研究指出蒸散过程受到若干近地表参数的强烈影响，包括 2m 气温、相对湿度、地面风速和净地表辐射（ChattopadhyayandHulme,1997;Allenetal.,1998）。因此，表 3 给出了 19612014 年西北地区四个气象变量（净地表辐射、2m 气温、相对湿度、地面风速）与区域平均蒸散量之间的偏相关系数。由表 3 可知，在夏季，地面风速与蒸散量有显著的正相关性，相关系数为 0.37，通过了0.01 的显著性水平，而 2m 气温、相对湿度和净地表辐射与蒸散量的偏相关系数没有通过显著性检验；在秋季，净辐射和风速与蒸散量都存在显著的正相关性，其偏相关系数分别为 0.22 和 0.28，均通过了 0.1 的显著性水平。因此，从夏季和秋季西北地区蒸散量与 2m 气温、相对湿度、地面风速和净地表辐射偏相关的计算说明，夏季蒸散量主要受到地面风速的影响，而秋季蒸散量主要受净地表辐射和地面风速的共同影响。由于地面风速和净地表辐射是影响西北地区夏季和秋季蒸散变化的主要因素（表 3），进而分析1987 年前后的大气环流变化对西北地区夏季和秋季地面风速和净地表辐射变化的影响。自 1974 年开始，西北地区年平均风速呈现显著的减小趋势，变化速率可达0.2ms1(10a)，其中塔里木盆地减小趋势更显著（任国玉等,2005）。图 6d、e 表明，19882014 年与 19611986 年相比，夏季（图 6d）和秋季（图 6e）西北地区风速减小，减小最大值区域在塔里木盆地，夏季减小最大值可达到1.2ms1，秋季减小最大值为0.8ms1，大部分区域通过 0.01 的显著性水平。地面风速与蒸发量呈显著的正相关关系，风速的减小使得蒸散量降低，不利于蒸散过程。从 700hPa 平均风场分析，夏季（图 7a、b）和秋季（图 7d、e）西北地区以盛行西风为主。但年代际差异场可以发现，夏季（图 7c），与 19611986 年相比较，19882014 年西北地区出现异常的东风，全区基本通过 0.05 的显著性水平。因此在 1987 年后西风减弱，造成西北地区风速减小（图 6d）。秋季（图 7f），西北地区在 1987 年后出现异常东风，通过显著性区域主要在西北中部，该区域风速减小（图 6e）。净表面辐射可以为蒸发过程提供能量，净辐射越高，蒸发速率就越高。从图 6f 中可以看出，在1987 年后秋季西北地区净地表辐射有显著减少趋势，尤其是西北东南部，减少最大值可达到0.4Wm2，均通过 0.01 的显著性水平，说明秋季净辐射的减小会抑制该地区的蒸发，进而造成蒸散量降低。从 1987 年前后年代际大气环流变化分析，秋季 700hPa 位势高度年代际差异场（图 8a）表明，在西北地区存在负位势高度异常，有利于西北地区出现南风异常和北风异常的汇合（图略），进而造成低层的异常辐合（图略），有利于上升运动（图 8c），高层有异常辐散（图 8b）。西北地区异常的上升运动会进一步导致该地区上空云量略有增加（图 8d）。云层的增多不利于短波辐射的入射，秋季西北