引言

2015年世界气象日的主题为“气候知识服务气候行动(Climate knowledge for climate action)”。实际上，从2011年以来几乎每年的世界气象日主题都包含与气候相关的内容，说明了国际社会高度关注气候问题。这是因为气候变化问题不仅影响国际社会发展战略及国家建设和经济发展策略，同时也已经深入影响到我们的日常生活，关系到国计民生和发展，在国际关系的双边与多边谈判中也是重要的议题之一。为此，首先我们需要认识在全球气候变暖背景下，全球和区域气候发生了什么变化？这种变化产生了什么重要影响？其次，我们应该如何采取有效行动面对这些影响与挑战？在采取有效措施与行动前我们应该具备哪些气候科学知识？这就是2015年世界气象日主题的目的。

研究表明，自1950年以来，非洲﹑南欧﹑澳大利亚东部及东亚和南亚地区均有明显变干的趋势(Dai et al，1998)。而且，全球干旱面积自20世纪70年代以来呈现明显的增加趋势，并在2000年后维持在较高水平，这一方面与自然变率有关，另一方面与人类活动的影响密不可分(Dai，2010)。其中，70年代后频率和强度明显增强的ENSO暖事件，可减少低纬度大陆的降水(Trenberth et al, 1997；Dai et al，2000；Findell et al，2010)。温室气体排放等人类活动造成的全球变暖，一方面增强了地表水分蒸发，加剧了全球的干旱化(Solomon et al，2007；Dai，2010)；另一方面可引起哈得来环流持续减弱并向两极扩展，从而导致副热带干旱区的向极扩展(Lu et al，2007)。在全球干旱加剧的同时, 过去几十年中全球大部分地区极端降水事件也持续增加(Easterling et al，2000；Endo et al，2005；Alexander et al，2006；Chen et al，2013；Li et al，2014)。因此，不断变化的气候可导致极端天气气候事件在频率、强度、空间范围、持续时间和发生时间上的变化，并能够导致前所未有的极端天气气候事件(IPCC，2012)。

我国是世界上气候灾害最为频繁和严重的少数国家之一。在气候变暖的背景下，我国干旱和洪涝灾害发生频次存在增加的趋势，其经济损失和社会影响更为突出(第二次气候变化国家评估报告》编写委员会，2011)。受亚洲季风气候影响，我国各季节的气候平均降水均呈由东南向西北方向逐渐减少的分布特征，主要降水区都分布在淮河与秦岭以南的南方大部地区(图 1)。所以，我国的旱涝分布格局呈现北方易遭旱灾、南方旱涝并发的特征，尤其是自20世纪80年代以来大范围的旱涝等气候灾害频繁发生，给国民经济和人民生命财产造成了重大损失(Zou et al，2005；吴志伟等，2006；黄荣辉等，2006；梁潇云等，2012；白莹莹等，2010)。我国南方地区社会经济发展水平较高、人口密度较大，旱涝灾害更易造成严重的经济损失。《第二次气候变化国家评估报告》(2011)中关于气候变化区域影响的研究表明：我国华中地区“洪涝灾害加剧”；华东地区“20世纪80年代以来，洪涝灾害日趋加重，发生频率逐渐增加”；而华南地区“珠三角城市群灾害加剧，用水安全风险加大”等。特别是20世纪90年代长江流域特大洪涝灾害频发，1998年夏季长江流域出现了1954年以来全流域性的特大洪水；1999年长江流域再度发生严重洪涝。除了洪涝灾害，长江流域还受到严重干旱灾害的影响，2001年夏季长江中下游地区梅雨期较常年偏短、降雨量少，长江出现了近20年来的低水位；2011年冬、春季，长江中下游地区降水为近50年来历史同期最少，无降水日数为1961年以来历史同期最长，受干旱影响范围为近60年来同期最广。

值得注意的是，近十几年来我国西南地区干旱灾害也频繁发生，而且持续时间长，甚至出现了秋、冬、春季连旱的极端气候事件。《第二次气候变化国家评估报告》(2011)指出，对于西南地区：“气候变化引起的干旱、洪涝灾害频次增多，程度加重，山地灾害呈现出点多、面广、规模大、成灾快、暴发频率高、延续时间长等特点”。例如，2006年春末至秋初，川渝地区持续高温少雨，导致这些地区发生了新中国成立以来最严重的干旱，造成近3000万人受灾，重庆有1/3溪河断流；2009年秋季至2010年春季，西南地区出现了有气象记录以来最为严重的秋、冬、春季连旱；2009-2011年，云南、四川南部近3年降水量连续偏少。

综上所述，近十几年来我国南方地区频发的旱涝气候灾害(尤其是干旱灾害)已给当地经济发展造成严重的损失，给人民生活造成巨大的影响，因此引起了广泛的关注。那么，随着全球气候变暖，我国南方地区的旱涝灾害是否也呈显著的增多趋势？为了回答此问题，本文将对我国南方地区旱涝灾害时空格局变化进行简要分析，使人们进一步认识在全球气候变暖背景下我国南方区域气候变化的基本事实，为深入研究其形成机理和防灾减灾应对措施奠定一些基础性的气候知识。

1 数据和方法

文中所用资料主要为中国气象局国家气象信息中心提供的1951年以来我国756站日平均降水数据集。由于1960年之前气象台站缺测资料较多，本文主要利用1961—2013年的降水资料进行分析。干旱和洪涝日数的定义方法详见Lu(2009)。同时，还利用了1971年以来农业部提供的农业干旱和洪涝灾害受灾面积数据。

本文定义春季为3—5月(MAM)，夏季为6—8月(JJA)，秋季为9—11月(SON)，冬季为12月至次年2月(DJF)。采用最小二乘法计算降水的线性变化趋势，并通过Student’s t-test方法对趋势值进行显著性检验。此外，利用经验正交函数分解(EOF)方法对我国南方地区(32°N以南，98°E以东)208站的标准化降水序列进行分析，以提取其主要变化模态。

2 我国南方降水和旱涝灾害的时空变化特征 2.1 季节降水量的年代际变化

首先，为了识别我国南方地区各季节降水量的主要变化模态，对1961—2013年期间南方208台站的季节降水量的标准化距平序列进行了EOF分析，并在图 2给出了前三个EOF模态的空间分布。总体而言，南方地区降水变率前三种优势模态主要为：长江以南地区降水呈整体偏多或偏少的一致型(如图 2a，2c，2d)，长江中下游流域与华南呈反相变化的南北反相型(如图 2b，2e，2h，2k)，以及东南与西南呈反相变化的东西反相型(如图 2g，2i，2j，2l)。其中，一致型是南方地区冬、春、秋三个季节降水变率的第一优势模态，该模态的解释方差在冬季最高(约32%，图 2d)，春季和秋季次之(约20%~22%，图 2a，2c)。东西反相型存在于四个季节之中，且除了秋季外，该模态均表现为南方地区降水变率的第三优势模态。南方地区夏季降水变率的EOF第一模态为南北反相型，第二模态为一致型，其解释方差分别为14.5%和13.8%，依据North等(1982)提出的方法进行显著性检验，这两个模态是不能相互区分的。

为进一步考察我国南方地区降水随时间的演变特征，根据图 2和已有研究(王遵娅等，2004)，将南方地区划分为长江中下游流域(27°~32°N、107.5° ~122.5°E)、西南(22°~32°N、98°~107.5°E)和华南(20°~27°N、107.5°~120°E)三个子区域，并计算了各子区域及南方总体的区域平均降水。图 3分别显示了1951—2013年四个季节各区域平均降水的标准化距平序列。为了突出降水的年代际变率和长期变化趋势，对所有序列进行了9年滑动平均处理。由图可见，南方总体及各子区域的季节降水量存在着明显的年代际和长期趋势变化。

对于南方总体而言，春季降水在20世纪70年代中期之后呈明显的减少趋势(图 3a)。从不同年代降水距平的空间分布图(图 4)中也可以清楚地看到，在50和70年代南方春季降水总体偏多，而在20世纪60、90年代和21世纪00年代降水明显偏少，在80年代则呈现为江南降水偏少、华南降水偏多的分布格局。自90年代以来南方夏季降水明显偏多，尤其是在90年代中后期存在一个非常显著的峰值(图 3b)，导致南方地区在该时期出现了严重的洪涝灾害(王志伟等，2005；黄荣辉等，2006)。从夏季降水距平的空间分布图中也可以看到，在20世纪90年代南方降水整体显著偏多，在21世纪00年代雨带主要位于华南地区，而在之前的20世纪50—80年代夏季南方降水整体偏少，特别是70—80年代夏季南方降水显著偏少(图 4)。与夏季相反，南方秋季降水在80年代末期之后呈年代际减少趋势(图 3c)。从空间分布上看，在20世纪90年代到21世纪00年代南方秋季降水整体偏少，其中，在90年代降水负值中心主要位于长江中下游流域和华南等地，在00年代主要位于西南和长江流域(图 4)。有研究认为，20世纪80年代中期以来中部型El Ni o的频繁发生可能是导致南方秋季干旱加剧的主要原因之一(Zhang et al，2011；2013)。在冬季，南方降水的年代际变化与夏季较为相似，只是前者由负距平转为正距平的时间出现在80年代末期(图 3d)，略早于夏季降水的年代际转变。

由此可见，南方夏季(图 3b)和冬季(图 3d)降水具有相似的年代际变化特征，而秋季(图 3c)降水的年代际演变几乎与上述两个季节的相反。在最近的30年中，南方各季节降水量发生年代际转折的时间不尽相同：春季和秋季降水分别在21世纪初期和20世纪80年代中后期之后进入干位相，冬季和夏季降水则分别在80年代中期和90年代初期之后进入湿位相。自21世纪初期以来，南方夏季和冬季降水逐渐转入中性位相。

同时注意到，南方各季节降水量随时间的演变也存在明显的区域差异。在四个季节之中，华南区域平均降水与南方总降水的年代际变化特征均较为相似(图 3)。在冬季，南方总降水自20世纪90年代中期以来呈减少趋势，但长江中下游流域平均降水在该时期仍处于年代际偏多的状态(图 3d)。除此之外，在各季节长江中下游流域平均降水的年代际变化特征也与南方总降水基本一致。然而，西南区域平均降水具有明显不同的年代际变化和长期趋势变化特征。其中，在春季和冬季西南区域平均降水均以年代际振荡变化为主，但两者的位相近乎相反；而在夏季和秋季，西南区域平均降水总体呈减少趋势，尤其是20世纪70年代以来西南秋季降水的减少趋势非常明显。从图 3a可以看出，21世纪00年代西南地区春季的降水增加，与南方其他区域降水呈显著反位相变化特征。从图 4降水距平的空间分布图中还可以看到，除了春季外，在21世纪00年代西南地区其他三个季节降水均明显偏少，这与2000年以来西南干旱灾害频发相一致。

2.2 季节降水量和旱涝日数的线性趋势变化

我国南方季节降水量不但存在显著的年代际变化，而且具有明显的长期趋势变化。表 1给出了南方不同区域季节降水量的线性变化趋势。南方总体以及长江中下游流域和华南地区具有一致的变化趋势，春季和秋季降水均呈减少趋势；而夏季和冬季则相反，均呈增多趋势。同时注意到，这些区域秋季(冬季)降水的减少(增多)趋势要大于春季(夏季)降水。不过，只有长江中下游流域夏季和冬季降水的线性变化趋势通过了0.05显著性水平检验，分别为3.78%·(10 a)^-1和5.10%·(10 a)^-1。对于西南地区，除了春季降水呈较弱增多趋势外，其他季节降水均呈减少趋势，尤其是秋季降水的减少趋势最为显著，导致西南地区年降水量也呈减少趋势(李聪等，2012；孙秀博等，2012)。

从季节降水量线性变化趋势的空间分布图中也可以看到，江淮流域及其以南地区夏季和冬季的降水均呈增多趋势(图 5b，5d)。相反，在春季和秋季，黄河中下游以南大部分地区的降水均呈减少趋势(图 5a，5c)。除了西南地区春季降水呈增多趋势外，该地区其他季节的降水几乎均呈减少趋势。不过，在各季节中往往只有小区域范围内的线性变化趋势能够通过0.05显著性水平检验。如在夏季和冬季，除了长江下游流域的线性变化趋势能够通过0.05显著性水平检验外，南方其他区域的线性变化趋势都不明显，这与表 1的结果一致。

此外，本文还分析了我国南方夏季雨涝日数以及各季节干旱日数的线性变化趋势。对于南方而言，夏季雨涝日数线性变化趋势的分布型(图 6)与季节降水量线性变化趋势的分布型基本一致：长江中下游地区、江南大部和华南东部地区雨涝日数呈增多趋势，而西南大部地区雨涝日数均呈减少趋势。各季节干旱日数的趋势分布(图 7)也与季节降水量的变化趋势相似，即夏季(图 7b)和冬季(图 7d)长江中下游地区和江南北部地区干旱日数呈减少趋势，西南和华南地区干旱日数呈增加趋势；春季(图 7a)和秋季(图 7c)南方大部分地区干旱都呈增加趋势，特别是秋季干旱日数增加更为明显，说明西南地区出现夏、秋、冬季节连旱的情况有加重的趋势。从图 8可以看到，2000年以来南方地区总的干旱日数呈明显的增多趋势，尤其是西南地区干旱日数的增多趋势更为显著。需要特别指出的是，各站点雨涝和干旱日数的线性变化趋势几乎均未能通过0.05显著性水平检验，这说明在气候变暖背景下虽然我国南方不同地区旱涝具有不同的变化趋势，但是这种变化并不十分显著。

2.3 南方旱涝受灾面积的长期变化

前面已经简要分析了我国南方季节降水量以及旱涝日数的基本特征及其变化趋势，下面重点分析旱涝灾害面积的变化特点。旱涝受灾面积资料来自农业部，其面积按行政区域进行统计，与前述降水按照经纬度分区有所不同。这里的南方地区包括：广东、福建、浙江、海南、广西、云南、四川、重庆、贵州、湖南、湖北、江西、安徽和江苏14个省(市、区)。长江中下游流域包括：浙江、湖南、湖北、江西、安徽和江苏6个省；华南地区包括：福建、广东、广西和海南4个省(区)；西南地区包括：云南、四川、重庆和贵州4个省(市)。

图 9为1971—2013年我国南方区域洪涝受灾面积的标准化距平时间序列逐年演变图。可以看到，南方地区总的洪涝受灾面积在20世纪90年代中期之前(后)呈增多(减少)趋势(图 9a)：1971—1988年期间以及2004年以来洪涝受灾面积总体偏少(除2010年明显偏多外)，1989—2003年洪涝受灾面积总体偏多。长江中下游流域洪涝受灾面积的年际-年代际变化(图 9b)与南方整个区域的变化(图 9a)基本一致。对于华南地区来说(图 9c)，其洪涝受灾面积的年代际变化与南方整个区域的变化也大体一致，但是前者发生年代际转折的时间分别约为1985和2002年，略早于后者。20世纪70—90年代中期西南地区的洪涝受灾面积总体呈增多趋势，1989—2005年为洪涝受灾面积偏多期，不过近10年其洪涝受灾面积的年际波动较大。总体而言，南方地区洪涝受灾面积的总体变化趋势与该地区雨季降水量的长期变化大体一致。

与洪涝受灾面积的变化不同，南方地区干旱受灾面积的年代际变化特征不明显，后者主要以年际波动为主(图 10)。南方整个区域(图 10a)、长江中下游流域(图 10b)以及华南地区(图 10c)干旱受灾面积的变化特征大体一致，特别是在20世纪90年代中期以来干旱受灾面积呈现减少的特点。对于西南地区(图 10d)，干旱受灾面积的年代际和长期趋势变化不明显，但是2000年以来其年际变率增大，这与洪涝受灾面积的变化是一致的，说明在这一时期我国西南地区旱涝灾害呈现交替出现的特点。

3 结论

通过对季节降水量、旱涝日数和旱涝受灾面积进行分析，本文揭示了在气候变暖背景下我国南方区域气候发生变化的一些基本事实，主要结论如下：

(1) 南方地区季节降水变化存在三种优势模态：长江及其以南地区降水呈整体偏多或偏少的一致型，长江中下游流域与华南呈反相变化的南北反相型，以及东南与西南呈反相变化的东西反相型。其中，一致型是南方地区各季节降水变率的第一优势模态；除了秋季外，东西反相型是南方降水变率的第三优势模态。

(2) 在一年四季之中，降水年代际分量对南方降水变率均具有重要贡献。其中，南方夏季和冬季降水具有相似的年代际变化特征，而秋季降水的年代际演变几乎与上述两个季节的相反。在近30年，南方各季节降水量发生年代际转折的时间不尽相同：春季和秋季降水分别在21世纪初期和20世纪80年代中后期之后进入干位相，冬季和夏季降水则分别在80年代中期和90年代初期之后进入湿位相。自21世纪初期以来，南方夏季和冬季降水逐渐转入中性位相。

(3) 我国南方季节降水量还具有明显的长期趋势变化。对于南方总体以及长江中下游流域和华南地区，春季和秋季降水均呈减少趋势；而夏季和冬季则相反，均呈增多趋势。这些区域秋季(冬季)降水的减少(增多)趋势要大于春季(夏季)降水。但是，只有长江中下游流域夏季和冬季降水的线性变化趋势通过了0.05显著性水平检验，其他季节/区域降水的线性变化趋势均不显著。对于西南地区，除了春季外，其他季节降水均呈减少趋势，出现了季节连旱的特征，尤其是秋季降水的减少趋势最为显著。而且，21世纪00年代以来西南地区夏—冬季降水变化均处于年代际偏少阶段。长期减少趋势与年代际干位相叠加，导致了近10年来西南干旱频发。

(4) 我国南方夏季雨涝日数以及各季节干旱日数线性变化趋势的分布格局与季节降水量的类似。长江中下游地区、江南大部和华南东部地区雨涝日数呈增多趋势，而西南大部地区雨涝日数均呈减少趋势。夏季和冬季长江中下游地区和江南北部地区干旱日数呈减少趋势，西南和华南地区干旱日数呈增加趋势；春季和秋季南方大部分地区干旱都呈增加趋势，特别是秋季干旱日数增加更为明显，说明西南地区出现夏、秋、冬季节连旱的情况有加重的趋势。不过，雨涝和干旱日数的线性变化趋势几乎均未能通过0.05显著性水平检验，这说明在气候变暖背景下虽然我国南方不同地区旱涝具有不同的变化趋势，但是这种变化并不是十分显著的。

(5) 总体而言，我国南方地区洪涝受灾面积具有比较明显的年代际变化，而干旱受灾面积则没有明显的年代际变化特征。1971—1988年和2004年以来为南方地区洪涝受灾面积偏少期，1989—2003年为偏多期。南方地区总的干旱受灾面积则在20世纪90年代中期以来呈弱的减少趋势。对于西南地区，70—90年代中期其洪涝受灾面积总体呈增多趋势，1989—2005年为洪涝受灾面积偏多期，近十多年来旱涝灾害呈交替互现的特点。