Нет, вы не можете так поступать. В качестве альтернативы вы можете установить опорную переменную с помощью
$welcomeHello = &$welcome["hello"]
, а затем использовать
$welcomeHello = 'thisworks'
для настройки содержимого элемента.
Это было бы более правильным и даже более быстрый способ установки элементов массива.