基本介紹
華西秋雨基本信息,特徵,涉及範圍,形成原因,對農業的影響,不利影響,有利影響,華西秋雨演變的新特徵及其對大氣環流的回響,華西秋雨異常的大氣環流背景分析,研究結論,
華西秋雨基本信息
特徵
主要降雨時段是在9、10兩個月。“華西秋雨”的主要特點是雨日多，而另一個特點是以綿綿細雨為主，所以雨日雖多，但雨量卻不很大，一般要比夏季少，強度也弱。
平均來講，華西秋雨的降雨量一般多於春季，僅次於夏季，在水文上則表現為顯著的秋汛。秋雨的年際變化較大，有的年份不明顯，有的年份則陰雨連綿，持續時間長達一月之久。
華西秋雨是四川盆地的一個顯著的氣候特色。四川盆地，秋季平均每月的雨日數，大約在13~20天左右，即平均每三天有一天半到兩天有雨，較同時期我國其他地區明顯為多，但盆地里秋季降水的強度在一年四季里是最小的，也就是說，秋季降水以小雨為主，是典型的綿綿秋雨。
涉及範圍
華西秋雨指得是我國西部地區秋季多雨的特殊天氣現象，主要包括四川、重慶、貴州、雲南、甘肅東部和南部、陝西關中和陝南及湖南西部、湖北西部等地。一般在9-11月。
形成原因
華西秋雨天氣的形成無疑是冷暖空氣相互作用的結果。每年進入9月以後，華西地區在5500米上空處在西北太平洋副熱帶高壓和伊朗高壓之間的低氣壓區內。西北太平洋副熱帶高壓西側或西北側的西南氣流將南海和印度洋上的暖濕空氣源源不斷地輸送到這一帶地區，使這一帶地區具備了比較豐沛的水汽條件。同時隨著冷空氣不斷從高原北側東移或從我國東部地區向西部地區倒灌，冷暖空氣在我國西部地區頻頻交匯，於是便形成了華西秋雨。
秋季頻繁南下的冷空氣與滯留在該地區的暖濕空氣相遇，使鋒面活動加劇而產生較長時間的陰雨，平均來講，降雨量一般多於春季，僅次於夏季，在水文上則表現為顯著的秋汛。
當冷空氣勢力較強時，冷暖空氣交匯比較激烈，降雨強度也會隨之加大，同樣也可造成嚴重的洪澇災害。
白虎志、董文杰在《華西秋雨的氣候特徵及成因分析》（載自《高原氣象》）一文中認為，在分析華西秋雨氣候特徵的基礎上，設計了綜合考慮秋季降水量和降水日數的秋雨指數，並進行了EOF和REOF分解以及秋雨主要影響因素分析。結果表明：第一模態反映了長江中上游以北地區與以南地區降水相反的形勢，第二模態反映了華西降水的一致性；REOF將華西秋雨可分為6個氣候區。華西秋雨的變化趨勢表明，1960年代到1970年代初期、1980年代初期為相對多秋雨期，1970年代中後期、1980年代中後期到20世紀末華西秋雨相對較少。21世紀開始又出現了較明顯的華西秋雨現象。西太平洋副熱帶高壓、印緬槽、貝加爾湖低槽是華西秋雨的主要影響系統，當貝加爾湖、印緬槽深且副熱帶高壓強時，有利於華西多秋雨；反之，則秋雨不明顯。
對農業的影響
華西秋雨雨日多，以綿綿細雨為主。陰雨天氣導致氣溫下降，會對農作物生產帶來不利影響。成熟的秋糧易發芽霉變，未成熟的秋作物生長期延緩，容易遭受凍害。一般來說，持續連陰雨的天數越長，對農作物的危害越大。如果我們把連續三天或三天以上出現降雨視為一次連陰雨過程，可以看出，連陰雨過程次數最多的是四川盆地南部和貴州的遵義、畢節等地，每年秋季平均有7-9次。平均最長連陰雨過程是在貴州西部和四川宜賓、昭覺及四川盆地以西地區，有10-11天，四川阿壩達14天；極端最長連陰雨過程在四川西部地區，一次過程可達20天以上。
不利影響
秋天是收穫的季節，也是冬作物播種、移栽的季節。綿綿細雨阻擋了陽光，帶來了低溫。不利於玉米、紅薯、晚稻、棉花等農作物的收穫和小麥播種、油菜移栽。它可以造成晚稻抽穗揚花期的冷害，空秕率的增加；也可使棉花爛桃，裂鈴吐絮不暢；秋雨多的年份，還可使已成熟的作物發芽、霉爛，以至減產甚至失收。而且它不僅影響當年作物的收成，也將影響來年作物的產量。
有利影響
“華西秋雨”雖然沒有颱風、暴雨所造成的災害來得那樣猛烈，但它同樣給農業生產和國民經濟建設帶來非常大的損失。然而秋雨多，有利於水庫、池塘及冬水田蓄水、預防來年的春旱。特別是對西北一些較乾旱的地區來說，這時地溫較高，土質結構比較疏鬆，雨水可以較深地滲透到土壤中，可保證冬小麥播種、出苗，同時土壤的蓄水保墒，也可減輕次年春旱對各種農作物的威脅，故有農諺“你有萬擔糧，我有秋里墒”的說法。
華西秋雨演變的新特徵及其對大氣環流的回響
秋季，隨著季風系統南撤，中國大部分地區雨季結束，秋高氣爽。然而，在華西（21°N－39°N，95°E－114°E）地區，即以渭河、漢水流域為主的陝南、隴南地區以及四川、重慶、貴州及雲南等地常出現影響範圍大、持續時間長的連陰雨，稱之為華西秋雨。華西秋雨一般在9－11月，主要特點是雨日多，以綿綿細雨為主。在秋收的季節里，陰雨天氣導致氣溫下降，成熟的秋糧易發芽霉變，未成熟的秋作物生長期延緩，容易遭受凍害，對農業生產帶來不利影響。而且，華西秋雨區內山地多，長時間連陰雨後容易出現滑坡土石流。華西秋雨作為我國秋季主要的氣候特徵之一，對水庫蓄水、秋收、秋播、生產及生活有著重要的影響，因此，一直倍受我國氣象學者的關注。
早在1958年，就對華西秋雨進行了研究，指出其主要位於隴東南、陝南以及雲貴等地。指出華西秋雨期間的降水空間分布表現為緯向型、經向型和準全區型。綜合考慮降水量和降水日數兩個因素，劃定秋雨區為明顯秋雨區和一般秋雨區。通過秋季降水量、降水日數占全年的比例對秋雨區進行分區。利用9－10月雨量占全年雨量百分率與該時段雨日的乘積定義了秋雨指數，並做了指數場的經驗正交函式分解EOF，得到長江中上游地區降水南北相反的變化形勢。1976年大氣環流突變以後的20世紀80－90年代，秋季全國大部分地區降水減少，且黃河流域最為顯著，而比較了1960－1990年與1978－2008年兩個氣候態的極值降水，指出我國秋季降水呈明顯增加趨勢。
關於華西秋雨的成因，認為其起訖與亞洲上空急流和印度季風的進退有關。9－10月500hPa環流歐亞型特徵可能是同期華西緯向型降水分布的基本條件。秋雨形成的環流背景多是由於西風帶環流與副熱帶環流的不同步轉變。歐亞大陸秋季大氣環流明顯的年代際變化是渭河流域秋雨多寡模態變化的原因。西太平洋副熱帶高壓（下稱西太副高）偏北、西伸，是西北地區產生強降水的大尺度背景之一，黃土高原秋季降水異常與西太副高的夏季位置聯繫緊密。黃河上游降水偏多時，極地冷空氣對500hPa高度距平差值場的分布有顯著影響，高緯表現為西低東高型，新疆高壓脊弱，低壓槽活躍。
一些學者對秋雨期環流的合成分析都表明，500hPa環流形勢對秋雨多寡有重要影響。通過個例分析指出2003年陝西秋季連陰雨與高空西風急流和對流層低層的高溫、高濕的熱力特徵密切相關。秋季中國大陸地區水汽總體年代際變化減少趨勢，除27°N以南地區以外大陸受異常下沉氣流控制。雲南秋季旱澇主要與孟灣、中南半島至雲南的南風水汽通量輸送異常有關。此外，西南風是影響中國西部秋季降水的主要因素，一些研究表明，青藏高原夏季風與其南部高度場存在負相關，當高原夏季風偏弱時，高原南部500hPa高度場偏低，印度低壓均加強。9月以後隨著青藏高原夏季風的南撤，雨區南退後形成“華西秋雨”。
對控制秋雨期環流異常的可能成因，通過數值試驗得到5－9月感熱增加時，對流層中高層高度場增加，從而在高層空氣有輻散距平。研究指出，青藏高原東部熱源與華西秋雨雨量呈負相關，並以2月東部熱源與華西秋雨相關最顯著。我國南方秋季降水年際變化與西、北太平洋海溫成正相關，而與7月南印度洋海溫成負相關，相關時滯為2個月。
20世紀下半葉，關於華西秋雨空間劃分雖有許多定義，但未將秋雨指數量化。21世紀初，從定義的秋雨指數來看，由於雨量百分比的地理分布差異較小，而秋雨日數地理分布差異相對較大，因此，該指數更依賴於秋雨日數，不能較好地反映秋雨量的空間分布。同時，直接使用秋雨日數進行研究，不能消除地形因素對其造成的影響，使得該指數的物理意義不明確。此外，以前的研究多從500hPa環流因子考慮，而華西秋雨的發生、強度不僅與西太副高的位置有關，還與西風急流位置、水汽輸送密切相關，所引起不同模態環流異常的可能成因與南方濤動、南亞季風等重要氣候因子存在一定的聯繫。
研究在前人工作的基礎上，結合秋雨量和秋雨日各自占全年的比例定義華西秋雨指數，分析在氣候變暖背景下華西秋雨時空演變的新特徵及其對大氣環流的回響，研究重要氣候因子與主要環流異常型的關係，加深對華西秋雨演變特徵和形成機理的認識，為提高華西秋雨的預報提供科學依據。
華西秋雨異常的大氣環流背景分析
（1）環流背景
中國氣候地理分布深受季風的影響，夏末秋初之際，夏季風系統迅速南撤，西太副高南壓並控制我國東部大部分地區，使之上空盛行下沉氣流，因而入秋後往往以晴朗天氣為主，即秋高氣爽。然而位於青藏高原以東，115°E以西的華西地區，卻常有連綿的陰雨天氣，出現一年中降雨的次峰值，即華西秋雨。華西秋雨的形成與大氣環流的由夏入秋，由盛行夏季風轉向冬季風這一過渡階段的轉變關係密切。
圖1
圖1從9－10月對流層中部500hPa平均環流緯偏場可以看出（圖1a），從貝加爾湖至歐洲上空為高壓脊區，巴爾喀什湖至貝加爾湖上空受弱長波脊控制，日本海上空有東亞大槽維持，中高緯經向環流較強；亞洲中低緯地區位勢高度偏低，華西地區又處於青藏高原夏季風區，隨著高原夏季風在9月以後南撤，雨帶在華西地區形成。青藏高原冬、夏季風在第51候的轉換，即對應高原上空由氣旋性環流向反氣旋性環流的轉變，對西部雨季有影響。緯偏圖（圖1a）也顯示9－10月隨著青藏高原夏季風南撤，高度場低值中心南移，華西地區上空受西風帶中小槽控制，印度上空為穩定的印緬槽，伊朗上空為高壓中心，西太副高中心位於160°E，32．5°N附近。一方面，中高緯的偏北氣流引導冷空氣南下在華西地區堆積；另一方面，西太副高西側偏東氣流將太平洋上空的水汽向中國東部沿海區域輸送，之後進一步向西北輸送。與此同時，處於伊朗高壓與西太副高之間的印緬槽槽前西南氣流強盛，使得西南季風攜帶的水汽可以輸送到華西內陸地區（圖1E）。從9－10月對流層中低層850hPa平均環流圖（圖1c）中可看出，總體形勢與500hPa類似，只是高原東側呈現穩定的低值區，表明華西地區在中低層低渦活動更為頻繁，印緬低槽也比較活躍。從9－10月850hPa平均溫度緯偏圖（圖1d）中可看到，高原以東地區為較深的溫度槽區，華西地區經向溫度梯度較小，高緯的冷空氣隨偏北氣流南下使華西地區從北向南有大幅降溫，與同一緯度其他地區相比，氣溫偏低。這也驗證了前人研究工作中指出的強冷空氣的活動與秋雨存在一定聯繫。
200hPa上9－10月平均環流形勢主要表現為南亞高壓維持，進一步分析從平均緯向風，圖1b可以看出東亞副熱帶西風急流位於日本以東經朝鮮半島至中國華北、西北東部一線，急流中心位於日本以東的洋面上，中心風速超過40m·s－1，而我國華北、西北東部的上空風速超過35m·s－1。華西地區位於副熱帶西風急流入口區右側，因此，該地區高層有強正渦度平流，形成高空輻散，抽吸作用使得華西上空的垂直上升運動加強，有利於低層輻合。結合9－10月平均經向垂直剖面圖也可以看出，在秋雨區垂直上升運動相當顯著，表明高層東亞副熱帶西風急流對華西地區的垂直運動有較大影響。
從多年平均9－10月整層水汽通量分布圖（圖1E）中可看出，華西地區有兩支水汽通道，一支從印度洋經孟加拉灣輸送到大陸，該水汽通道在孟加拉灣地區向北輸送過程中受青藏高原阻擋，沿高原東南側向華西秋雨區輸送，成為秋雨區重要的西南水汽源；另一支為西太副高南緣偏東氣流攜帶大量水汽西移，在南海地區與來自熱帶的水汽交匯後繼續向西輸送，最終在中南半島西側與印度洋水汽交匯，轉而向中國大陸輸送。在這樣的環流形式下，北方乾冷氣團與南方暖濕空氣屢次在華西地區對峙，鋒面活動加劇，伴隨急流的抽吸作用使上升運動加強，且水汽供應充分，形成華西地區秋雨綿綿的氣候特徵。
（2）第一模態異常分布型的環流特徵
利用對華西秋雨指數進行EOF分析的第一模態（西南西與東北東秋雨指數反向變化）對應的時間係數，選擇時間係數偏大的6年，即華西地區北部秋雨異常偏多的年份（1961，1975，1983，1985，2000和2001年）和偏小的6年，即西南部秋雨異常偏多的年份（1972，1990，1991，1993，1997和1998年），對9－10月平均高低層環流形勢、垂直速度以及水汽輸送情況進行差值合成分析，進而探討第一類異常型的大氣環流特徵。
從北部秋雨強、弱年9－10月對流層中部500hPa高度場差值合成圖（圖2a）中可看出，歐洲上空為正，西伯利亞中、西部至巴爾喀什湖為負，中心30gpm。低緯大部分地區位勢高度差值為負，尤其是孟加拉灣至中南半島地區，差值達－15gpm。上述異常中心值均達到了95%置信度。歐亞大陸從西北到東南位勢高度差值呈現“+－+”的形勢，類似於500hPa常見的歐亞遙相關型。高度場5880gpm等值線合成（圖2a）也體現出在華西東北部秋雨偏多時，西太副高中心位置偏西，範圍較多年平均有所減小的特徵。這一高度差值形勢表明，當位於貝加爾湖的淺脊強度減弱，西太副高中心位置偏西，而印緬低槽則顯著加深，北方冷空氣略偏弱，來自孟加拉灣和西太副高西側的暖濕空氣偏強，這種異常形勢有利於乾冷與暖濕空氣在華西地區北部匯合，容易形成綿綿秋雨，而西南部秋雨偏弱。
從700hPa高度場差值合成圖中可看出，亞洲中部及以南的廣大地區為負，我國西部上空有顯著負值區存在，對應風場合成圖可以看到這一顯著氣旋式差值渦旋。華西地區差值一致為負，即為偏南風差值，可見，當該地區低層盛行偏南風，有利於低緯的暖濕空氣向北輸送，使得冷暖空氣在偏北的位置交匯，有利於秋雨北多南少。
200hPa高度場差值合成圖上，除印緬地區以外總體形勢與500hPa相似，亞歐大陸從西北到東南位勢高度差值呈現“+－+”的形勢，風場合成圖上我國中東部的反氣旋差值十分顯著，表明當南亞高壓的位置偏北，對應高壓附近的水平與垂直環流產生顯著的異常變化，對應北方秋雨偏強。
由於南亞高壓位置出現了顯著變化，200hPa緯向風差值（圖2b）表現為西西伯利亞至地中海地區上空為顯著的差值東風，中心位於西西伯利亞上空，數值>6m·s－1。中國北方直至裏海以西為西風，中心分別位於中國東北和中亞，數值>9m·s－1，而黃河以南的地區均為東風，中心位於長江流域，數值>9m·s－1。千島群島上空則為2m·s－1的東風，東風與西風異常區均達到了99%置信度。200hPa緯向風異常顯示，東亞地區中高緯西風急流偏弱，日本附近西風急流異常偏弱，中國北部至蒙古國西風急流異常偏強，中國中南部上空西風偏弱，位於日本以東經朝鮮半島至中國北部、西北東部一線的東亞副熱帶西風急流中心位置偏西，中心強風速帶變窄，華西北部上空的急流入口處上升運動加強，在動力作用下低層加壓顯著。同時，由於急流帶變窄而使得華西南部地區西風偏弱，該地區抽吸上升運動減弱，華西北部上升運動加強，有利於秋雨在這一地區產生。
圖2
圖2從北部秋雨強弱年合成的流場垂直剖面圖中可看出，30°N－37．5°N、102．5°E－120°E範圍內有顯著的差值上升運動，垂直速度差異達到了99%置信度，這驗證了前面的結論。可見，當9－10月東亞副熱帶西風急流中心偏西，中心強風速帶偏窄時，有利於華西北部產生較強的上升運動，水汽冷卻凝結，從而導致該地區秋雨相對偏多，而華西南部相對偏少。此外，從緯向（沿32．5°N）垂直流場的合成差值剖面圖（圖3a）中看出，105°E以東的地區有一支差值上升氣流，而90°E－100°E出現差值下沉氣流，從而在緯向剖面上形成了氣旋式的差值環流（從赤道方向看）。因此，垂直環流場上西南地區與北部的反向異常變化可能是導致秋雨出現第一類異常型的重要原因。
圖3
圖3從北部秋雨強弱年的整層水汽通量差值場（圖3b）可看出，原來在孟加拉灣匯合的水汽通道異常不明顯，雲南西部水汽通量為弱的偏東輸送差值，而在南海出現了一支異常強的水汽輸送帶，這支加強的水汽源主要為來自南海以及西太平洋的水汽，該水汽輸送帶在我國華南、華東地區登入後繼續北上，使得川、甘、陝交界處的水汽通量加強，水汽輻合明顯，輻合中心位於陝西西南部，數值>－6×10－5kg·m－2·s－1，為該地區秋雨異常偏多提供了豐沛的水汽條件。而西藏東部、雲南西部有弱的偏東水汽通量輸送差值，減弱了平均態上印度季風繞青藏高原南麓向西南地區輸送的水汽通量，因此，華西西南部地區的水汽通量偏弱，水汽條件不充足，不利於降水產生。
研究結論
結合華西地區9－10月降雨量與降雨日數分別占全年百分率之和定義華西秋雨指數，分析了華西秋雨的時空演變特徵和秋雨氣候特徵，進一步探討了秋雨主要異常型對大氣環流的回響，得到以下主要結論：
（1）研究定義的秋雨指數能較好地體現華西秋季雨日長的“綿綿細雨”特徵，秋雨指數極大值主要有兩個中心，其中北部中心位於隴南、陝中、陝南、川東和川北，南部中心位於四川南部至雲南中西部。華西秋雨強度和範圍在近50年中存在明顯的年代際變化，隨著氣候變暖背景加強，21世紀初北部秋雨區位置偏北、範圍增大及強度增強。華西地區平均秋雨指數在1990－2009年間有非常顯著的5～8年周期。
（2）華西秋雨演變的第一空間模態體現出北部秋雨區東北東和西南西之間的反相異常變化特徵，第二模態體現出華西秋雨北部邊緣的秋雨與中南部秋雨區反向變化的特徵。
（3）9－10月華西秋雨的主要影響系統為對流層中低層華西地區維持的低值系統，中層高緯較強的經向環流、印緬低槽與西太副高；對流層頂的東亞副熱帶西風急流。華西秋季連綿陰雨的形成與冷暖空氣在該地交綏、頻繁的鋒面活動、穩定的輻合抬升運動及充分的水汽供應有關。當西風急流中心西移，中心強風速帶偏窄時，抽吸作用有利於華西北部產生較強的上升運動，同時西太副高偏北、印緬槽偏深及水汽輸送偏強偏北，有利於華西北部水汽輻合，所以華西北部降水偏多、南部偏少；反之亦然。
