中国西部发生的秋季降雨是一种典型的气候现象， 往往被称为“华西秋雨”， 与东非的“Masika and Vuli”（Camberlin and Philippon， 2002）和韩国的“post Changma” （Wang et al， 2007）命名相似。华西秋雨通常发生在9月和10月， 秋雨量占华西地区年降水总量的比率最大（白虎志和董文杰， 2004； Ding， 2007； 王遵娅和丁一汇， 2008）。华西秋雨不是局地现象， 而是与东亚夏季风进退相联系的主要雨带的重要分量之一（Ding， 2007； Ding and Wang， 2008）。华西秋雨异常能够引发洪涝及其次生灾害， 从而对农业和社会经济发展存在重大的影响。因此， 研究华西秋雨变化特征及其机理具有重要的科学意义和社会价值。

以往研究指出华西秋雨受不同海陆气系统的综合影响。研究表明西太平洋副热带高压、 欧亚大陆冷高压、 巴尔喀什湖低压槽和印缅槽是影响华西秋雨强弱的主要环流系统（鲍媛媛等， 2003； 白虎志和董文杰， 2004； Niu and Li， 2008； 罗霄等， 2013； Wang et al， 2015； Zhang et al， 2019； Zhou and Wang， 2019）。此外， 亚洲上空急流和印度季风的进退也能影响华西秋雨的变化（高由禧和郭其蕴， 1958； 鲍媛媛等， 2003； 白虎志和董文杰， 2004； Niu and Li， 2008）。影响华西秋雨的水汽通道主要包括印度洋通道孟加拉湾通道、 南海-太平洋通道和西风带通道（袁旭， 2013； Wei et al， 2019）， 其中印度洋通道及孟加拉湾通道的水汽主要体现了西南季风（印度季风）输送水汽的特征， 这两个通道水汽输送强度大于南海-太平洋通道和西风带通道（陈少勇等， 2010； 袁旭， 2013）。对于外强通因素的研究， 有研究认为青藏高原地表热状况对华西秋雨的变化起一定的调制作用（陈忠明等， 2001； 鲍媛媛等， 2020）。此外， 热带太平洋海温、 印度洋海温异常偶极子和西太平洋暖池热含量的变化也是华西秋雨变化的重要影响因子（刘宣飞和袁慧珍， 2006； 顾薇等， 2012； Gu et al， 2015； Wang et al， 2015； Wei et al， 2018； 郑然等， 2018； Zhou and Wang， 2019）。

尽管已有很多研究分析了我国夏季降水的变化， 但是对华西秋雨的研究仍然相对比较薄弱， 尤其是华西秋雨年际变化的大气环流时空特征及其物理机制尚未完全明确。华西秋雨的年际异常往往容易导致重大灾害， 例如2017年秋季中国西部持续性降水为过去30年最强， 7个省/市（包括甘肃、 陕西、 四川、 重庆、 贵州、 湖北和湖南）遭受了暴雨、 洪水和地质灾害的侵袭， 超过600万人受到影响， 48×10⁴ hm²农作物受损， 造成了1.9亿元的经济损失和严重的社会影响（Zhou and Wang， 2019）。因此， 了解华西秋雨年际变异特征及其相关物理机制对于提高华西秋雨的预测水平和提高防灾减灾能力具有重要实际意义。

文中华西地区对应的范围为（25°N -37°N， 100°E -114°E）， 是根据国家气候中心（NCC）发布的《华西秋雨监测业务规定》（中国气象局预报与网络司， 2015）选取的， 此区域包括373个国家气象观测站。研究使用的资料包括国家气象信息中心的日降水站点资料、 美国国家环境预测中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析I（Kalnay， 1996）的月平均大气环流资料、 美国国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的逐月降水重建数据（Chen et al， 2002）和平均向外长波辐射（OLR）资料（Liebmann and Smith， 1996）用于揭示与华西秋雨（本文指华西地区9 -10月降水）异常相关的大尺度环流系统和对流系统分布情况。其中， NCEP/NCAR再分析数据包括垂直方向上共17层（1000~10 hPa）等压面的风场、 高度场以及垂直方向上共8层（1000~300 hPa）的绝对湿度和相对湿度场； OLR低值意味着大气对流活跃， 反之亦然。再分析资料、 降水重建数据和OLR数据的水平分辨率均为2.5°×2.5°。分析时段为1960 -2019年， 而OLR数据的时间长度为1975 -2019年。本文对所有数据都进行了9年高通滤波和趋势处理， 以去除年代际变化和长期趋势的影响。文中涉及的地图是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS（2019）3082号的中国地图制作， 底图无修改。

本文的分析方法包括合成分析和T-N波活动通量诊断。T-N波活动通量的水平分量（施春华等， 2017）可写为：

式中： ′表示纬向偏差； {\psi }^{\mathrm{\text{'}}} = \frac{{\Phi }^{\mathrm{\text{'}}}}{f}是准地转流函数相对于气候场的扰动； U =（U， V）表示基本气流； \phi \mathrm{、} \lambda \mathrm{、} \varphi \mathrm{、} a \mathrm{、} \Omega分别表示纬度、 经度、 位势、 地球半径和地球自转速率。本文利用T-N波活动通量分析中高纬度遥相关波列及Rossby波扰动能量对华西秋雨大气环流异常的作用。

华西秋雨具有明显的年际和年代际变化特征（赵珊珊等， 2006； Wei et al， 2018； Zhang et al， 2019； 罗霄等， 2013） 。白虎志和董文杰 （2004） 指出华西秋雨在20世纪80年代中后期存在由湿到干的转变， 在21世纪初又出现由干到湿的转变。陈剀等 （2020） 发现华西秋雨在1964 -1998年呈现显著下降趋势， 在1998 -2014年则呈现上升趋势。从1960 -2019年华西地区9 -10月平均降水量的标准化异常年际分量的时间序列可以看到， 华西秋雨存在明显的年际变化特征。基于图1中降水量的标准化异常是否大于或小于正负0.8倍标准差选取了降雨偏多年和偏少年。降水偏多年一共10年， 分别为1961， 1964， 1975， 1982， 1983， 1994， 2000， 2011， 2014和2017年。降雨偏少年一共11年， 分别为1966， 1971， 1977， 1981， 1986， 1991， 1998， 2002， 2009， 2016和2018年。基于挑选的异常年， 进一步对大气环流、 水汽输送、 OLR和海温场进行合成分析， 以揭示影响华西秋雨年际变化的主要环流系统异常及其形成机制。

首先分析了影响华西地区秋季降水年际变化的主要环流系统变化， 从华西秋雨偏多年、 偏少年500 hPa位势高度异常合成及其差值分布（图2）可以看到， 在华西秋雨偏多的年份［图2（a）］， 北大西洋东部被负位势高度异常控制， 欧洲大陆上空和巴尔喀什湖地区分别为正位势高度异常和负位势高度异常， 这样的环流异常形势有利于欧洲地区的阻塞高压发展， 巴湖附近低槽的建立， 进面有利于冷空气向南爆发进入华西地区， 这与Zhou and Wang（2019）结果相一致。在华西秋雨偏少年［图2（b）］， 北大西洋东部存在正位势高度异常， 欧洲大陆上空和巴尔喀什湖地区分别为负位势高度异常和正位势高度异常， 此环流形势不利于华西地区降雨的形成。位势高度差值场［图2（c）］上这种“-+-”异常信号更加显著， 对应500 hPa上的 “槽-脊-槽”形势。

在对流层低层， 当华西秋雨偏多时， 阿拉伯海北部-印度半岛-孟加拉湾北部-中南半岛10°N -20°N地区为西风异常， 此异常西风在南海地区向北转向， 南风异常通过除川西高原外的华西区域， 在东南沿海附近存在一个异常反气旋， 东北亚被一个强大的反气旋环流异常控制［图3（a）］。而当华西秋雨偏少时， 中纬度西风异常偏南处于0° -10°N附近， 在东南沿海附近地区存在一个异常气旋性环流， 而在东北亚地区为一气旋性环流异常［图3（b）］。从图3（c）的差值场上可以看到， 华西地区南风异常和东南沿海附近的反气旋环流异常较显著。

降水偏多年和偏少年500 hPa垂直运动异常合成及其差值分布（图4）表明， 降水偏多年， 华西地区除川西高原外出现了显著的垂直上升运动， 台湾岛附近出现下沉运动［图4（a）］； 降水偏少年， 华西地区没有显著的垂直运动， 台湾岛和菲律宾附近为显著的上升运动［图4（b）］； 差值场上， 华西地区的异常上升运动以及台湾岛和菲律宾附近的异常下沉运动则更加显著［图4（c）］。

进一步分析了整层水汽通量和水汽通量散度的变化。华西秋雨偏多和偏少年的整层水汽通量和水汽通量散度异常合成及其差值分布（图5）显示， 在降水偏多年， 华西地区存在向北的水汽通量异常， 水汽源地主要来自10°N -20°N的阿拉伯海北部-印度半岛-孟加拉湾北部-中南半岛一带向东的水汽通量异常， 经南海向华西地区输送水汽同时华西地区存在显著的水汽通量辐合， 因此有利于华西地区降水的发生［图5（a）］； 而在华西降水偏少年， 华西地区为向南的水汽通量异常， 同时华西地区存在水汽通量辐散， 因此不利于降水发生［图5（b）］。差值场上， 华西地区的向北水汽通量异常和水汽通量辐散异常更加显著［图5（c）］。结合图3， 水汽的输送主要通过低层风场的作用。

上面揭示了影响华西秋雨年际异常的主要环流系统变化， 这一部分则进一步分析与华西秋雨相联系的大气环流系统异常的可能成因。图6给出了华西秋雨降水偏多年、 偏少年OLR和低层风场异常合成及其差值分布。在降水偏多年， 菲律宾北部和台湾岛附近存在一个正的OLR异常［图6（a）］， 对应台湾岛及其附近的负降水异常［图7（a）］， 意味着这些地区的对流受到抑制， 进而激发出反气旋环流异常， 有利于其西侧南海到华西一带的南风异常形成［图3（a）］。此外， 90°E附近的南印度洋上呈现正OLR异常， 在其西北侧也有一个反气旋环流响应， 使得反气旋北侧的西风异常穿过印度半岛北部-中南半岛转向向北进入华西地区南部； 而在华西秋雨偏少年， 菲律宾北部和中国台湾岛附近为负OLR异常［图6（b）］， 对应中国台湾岛和菲律宾附近的正降水异常［图7（b）］。因此， 菲律宾北部和中国台湾岛附近的活跃对流会激发出气旋性环流异常， 使得其西侧的华西地区为北风异常［图3（b）］， 不利于降水形成。此外， 在90°E附近的南印度洋上存在负OLR异常， 其西北侧对应着气旋性环流响应， 使得气旋北侧的西风异常位于赤道附近， 不利于进入华西地区。另外， 降水偏多年， 在赤道西印度洋上有对流主体发展， 而在降水偏少年， 对流主体位于赤道东印度洋上， 差值场上信号显著［图6（c）］。关于印度洋上对流异常对华西地区秋季降水的影响， 赵佳玉等（2016）指出当热带大气季节内振荡（MJO）对流主体位于印度洋中西部（1~2位相）时， 华西秋雨偏多， 这是因为当MJO位于第1、 2位相时， 我国上空往往出现西低东高的环流形势， 此时华西地区冷空气活动频繁， 且孟加拉湾、 南海和西太平洋对华西地区的水汽输送较强， 有利于华西地区降水偏多。而当MJO位于第3~8位相， 对流异常主要位于印度洋东部至太平洋中西部， 此时我国上空受较强的西风带长波脊控制， 并且3个海区对华西地区的水汽输送较弱， 造成华西地区降水偏少。赵佳玉等（2016）得到的结论与本文结果较为一致。关于西北太平洋上对流异常的来源将在以后的工作中进一步探索。

进一步探讨中高纬度环流系统的影响， 从华西地区平均降水与300 hPa流函数异常和波活动通量的回归分布（图8）可以看到， 华西地区降水偏多时， 北大西洋-欧洲大陆-巴尔喀什湖地区呈现为“负-正-负”位势高度异常分布， 在巴湖附近为负高度异常， 与图2（a）中500 hPa上形势相对应， 有利于槽发展。在东北亚上空有一正距平异常， 对应低层反气旋环流异常， 与图3（a）相对应； 而在华西地区降水偏少时， 北大西洋-欧洲北部-巴尔喀什湖地区为“正-负-正”位势高度异常分布， 在巴湖附近为正异常， 与图2（b）相对应， 有利于脊发展， 在东北亚上空有一负距平异常， 对应气旋环流异常， 与图3（b）相对应。此外， 波活动通量向巴湖附近和东亚地区传播， 说明自大西洋东传经过欧亚大陆的波列对东亚地区环流形势有很重要的作用。垂直结构上， 大气波列在高中低层分布是相对应的， 因此是正压的。关于波列的来源还需要在未来进行更进一步的研究。

综上所述， 华西秋雨异常一方面由欧亚波列引起巴湖附近的槽脊异常， 从而使得冷空气活动异常， 另一方面华西地区低层风异常引起暖湿气流的异常。我们发现热带菲律宾附近和赤道东印度洋上的对流异常对华西地区低层风的形成有重要作用。此外， 中高纬度欧亚遥相关波列引起东北亚位势高度异常， 从而引起反气旋或气旋性环流异常对华西地区风异常也有一定的作用。

利用华西地区373个台站降水数据、 NCEP/NCAR大气再分析I资料、 NOAA降水重建和OLR资料对华西秋雨降水年际变异的大气环流时空特征及其成因进行分析， 主要结论如下：

华西秋雨存在显著的年际变化。降水偏多年， 欧亚大气遥相关波列引起巴尔喀什湖地区负位势高度异常， 有利于低槽建立， 其东移给华西地区带来冷空气。菲律宾北部和赤道东印度洋上受抑制的对流， 以及欧亚波列引起东北亚位势正高度异常， 引起其西侧华西地区南风异常形成， 有利于暖空气北上。华西地区水汽通量是辐合的， 水汽通道主要为阿拉伯海北部-印度半岛-孟加拉湾北部-中南半岛。这种配置下来自中高纬冷空气和南方暖湿气流易于交汇在华西地区， 有利于降水发生。降水偏少年， 欧亚波列异常引起巴尔喀什湖地区正位势高度异常， 不利于低槽的建立以及华西地区冷空气的活动。在菲律宾北部和赤道东印度洋上对流活跃， 以及欧亚波列引起东北亚位势高度负异常， 造成其西侧华西地区北风异常的形成， 不利于暖空气北上。华西地区水汽通量辐散不利于降水发生。这种配置下不利于降水发生。

本文研究了影响华西秋雨异常变化的主要大气环流系统变化， 但还存在一些问题值得以后进一步研究。首先， 华西秋雨的影响系统兼具中高纬度西风带系统和低纬度季风系统的特征。但是关于中高纬西风系统和低纬系统对华西秋雨的综合影响仍需要进一步研究， 尤其是需要进一步研究中高纬西风系统和低纬系统在何种强弱配置下将导致华西秋雨加强， 又在什么配置下减弱。其次， 研究已指出中高纬和热带系统的时空特征存在显著的年代际变化， 因此， 未来还需要细致分析影响华西秋雨的环流系统是否存在年代际变化并分析其年代际变化的成因。