热带大气季节内振荡MJO(Madden-Julian Oscillation)是指发生热带大气中30~60天的低频振荡，自20世纪70年代初被提出以来(Madden and Julian，1971，1972)，气象科学家们对于MJO的结构特征、基本活动规律和动力学机制都有了一系列较清楚的认识(李崇银和李桂龙，1998；李崇银等，2003；杨辉和李崇银，2005)。MJO广泛存在于赤道大气中，在天气和短期气候演变中扮演着极其重要的角色。研究表明，MJO活动的异常不仅对热带地区的天气气候有重要影响(Hartmann and Gross，1988；Nishi，1989)，而且对副热带和中高纬度的天气气候也具有调制作用，尤其是与中国各区域的降水强度和分布存在密切关系(章丽娜等，2011；李汀等，2012；王春学等，2015)。

华西秋雨是中国西部地区秋季多雨的一种特殊的高影响天气气候现象，时间上主要出现在每年的9-10月，空间上主要发生在渭水流域、汉水流域、四川和贵州等地区。通常来讲，华西地区年降水量呈双峰型，秋季降雨量多于春季，仅次于夏季，在水文上则表现为显著的秋汛。21世纪以来，华西秋雨在四川东部、三峡库区等地区有显著增多或增强趋势，表现出明显的阶段性、持续性、频发性的气候特点(陈鲜艳和张强，2009)，强暴雨天气过程时有出现，给人民生活和经济发展带来巨大影响。因此，对于华西秋雨的研究和预测一直是西部地区气象科研的重要课题。20世纪50年代开始，高由禧和郭其蕴(1958a，1958b)对我国的秋雨现象作了详细研究，之后徐桂玉和林育春(1994)指出了华西秋雨的空间分布类型，近年来李耀辉等(2001)、白虎志和董文杰(2004)、罗霄等(2013)研究了华西秋雨的气候特征及其成因，蒋竹将等(2014)提出了改进的华西秋雨指数，孙昭萱等(2013)，刘佳等(2015)建立了西南地区的秋雨监测指标，为华西秋雨的监测和预测提供了新方法。

近年来，MJO活动对我国各地区降水的影响已受到广泛关注，如白旭旭等(2011)、章丽娜等(2011)、林爱兰等(2013)研究了MJO活动对我国东南部地区春、夏季降水的影响，李汀等(2012)、吕俊梅等(2012)研究了MJO活动异常对云南旱、涝的影响，但MJO对我国西部地区特别是华西秋雨影响的相关研究还十分有限。本文将在前人研究成果的基础上，分析MJO对流主体传播过程中，华西地区秋季降水的异常分布以及相应的环流异常形势，从而讨论MJO活动对华西秋雨的影响及途径。

使用Wheeler and Hendon(2004)提出的全年实时多变量MJO指数作为MJO活动的指标量，它是对逐日近赤道地区(15°S-15°N)平均的200 hPa纬向风、850 hPa纬向风和OLR做联合EOF分析，取前两个模态的时间系数作为MJO指数(RMM1和RMM2)，该指数由澳大利亚气象局提供(http://www.bom.gov.au/bmrc/clfor/cfstaff/matw/maproom/RMM/)，所选数据较完整的时间长度为1979-2012年9-10月的共34年资料。

降水资料取自中国816个地面气象观测站及自动站的日降水资料，华西地区空间范围选取24°N-40°N、98°E-116°E，去除缺测较多的站，共有306个测站，时间范围选取所述的34年。

大气环流资料采用NCEP/NCAR提供的OLR、500 hPa位势高度场、850 hPa风场、比湿场和垂直速度场的逐日全球再分析资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，时间范围同样是34年。

根据MJO指数RMM1和RMM2可以确定一个二维位相空间(图 1)，其中定义MJO的振幅$\sqrt{RMM{{I}^{2}}+RMM{{I}^{2}}}\ge 0.9$(Pohl and Matthews，2007)(圆外)为强MJO事件，定义$\sqrt{RMM{{I}^{2}}+RMM{{I}^{2}}}$<0.9(圆内)为弱MJO事件，按强MJO事件的纬向传播特征又将其分为8个位相，图中MJO指数为逆时针旋转，即MJO对流主体自西印度洋产生(位相1)沿赤道不断东传，经过中东印度洋(位相2~3)到中南半岛附近(位相4~5)，再到西太平洋(位相6~7)，最后抵达太平洋中东部以及西半球附近(位相8)消亡。弱MJO事件中，MJO活跃较弱或者可能不活跃，对天气气候的影响较小，因此本文只讨论强MJO的活动情况，不考虑弱MJO事件部分。

图 1(Figure 1)

图 1 MJO指数（RMM1 和RMM2）定义的MJO二位空间位相（Wheeler and Hendon(2004)） Figure 1 Phase space defined by the MJO index（RMM1，RMM2）（Wheeler and Hendon(2004)）

数据处理主要采用异常合成分析的方法。首先将对流场、降水、位势高度场、风场、水汽通量及其散度场、垂直速度场资料进行逐日求异常值(即距平，日平均值减去34年气候平均值)，然后将MJO强信号在8个不同位相上与上述的变量异常分别进行统计合成，得到MJO传播各位相上华西地区秋季降水的异常分布形势以及相应的环流背景场变化，进而分析MJO对华西秋雨的影响。

结合上述Wheeler and Hendon(2004)的研究结论，利用1979-2012年的OLR资料对MJO不同位相的传播特征加以描述(图 2)，从而为下文分析MJO对华西秋雨的影响提供思路。众所周知，OLR是反映热带对流变化的主要物理量，当OLR为负异常或者正异常时，可表示MJO对流主体相对活跃或者受到抑制。

图 2(Figure 2)

图 2 1979 2012 年9 10月OLR异常在MJO的8个位相(a ~ h)合成(单位:W · m-2) Figure 2 OLR anomalies at MJO 8 phases(a ~ h)from September to October during 1979 2012. Unit:W · m-2

由图 2可知，第1位相时，OLR负异常及MJO对流主体在热带西印度洋附近产生。第2~3位相时，MJO对流主体开始东移到中东印度洋，并且活动范围扩大、强度增强。第4~5位相时，MJO对流主体从印度洋到达中南半岛，在西太平洋也有所延伸，同时对流中心有向北移动的趋势。第6~7位相时，MJO对流主体越过海洋性大陆到达西北太平洋，对流中心向北移动明显。第8位相，MJO对流主体离开西太平洋并逐渐消亡，完成了一个MJO周期的传播。这些特征验证了图 1对MJO传播特征的研究，也与前人(白旭旭等，2011；章丽娜等，2011；李汀等，2012)对MJO传播特征的分析基本一致。

每年入秋以后，我国大部分地区呈现秋高气爽的特点，但华西地区9-10月常常阴雨延绵，雨量较大。通过34年华西地区9-10月日平均降水量分布(图 3)中可以看出，降水大值区主要位于四川、贵州、重庆、陇南、陕南、鄂西以及湖南等地区，日平均降水量为3~4 mm·d^-1；其中，川、陕交界处降水较多，可达4 mm·d^-1以上；其它地区降水较少。这较好的体现出了华西秋雨的空间分布特征，与华西秋雨的易发生区域一致。

图 3(Figure 3)

图 3 1979 2012年9 10 月华西地区日平均降水量分布 黑点为306 个气象台站 Figure 3 Daily-averaged rainfall in West China from September to October during 1979 2012. Black dots show the locations of 306 meteorological stations

特别说明的是，云南省位于低纬度高原地区，其降水异常应考虑日照时数的影响，否则容易出现虚假的华西秋雨信号(蒋竹将等，2014)，因此应该与普遍意义上的华西地区区别开来，故本文讨论的华西地区秋雨现象不包括云南省秋季9-10月的降水异常。

为了表现MJO对流主体在传播过程中的不同位相与华西地区9-10月降水量之间的关系，利用站点降水资料计算得到华西地区9-10月单站日平均降水异常在MJO位相上的合成图(图 4)。其中当MJO对流主体分别位于第2、第7位相时，华西地区降水最多、最少，有降水最大正异常0.27 mm·d^-1和最大负异常-0.27 mm·d^-1；当MJO对流主体分别处于第1、4位相时，华西地区日平均降水异常次多、次少，异常值分别为0.14 mm·d^-1和-0.19 mm·d^-1；其它几个位相中，华西地区日平均降水正、负异常均较弱，基本接近于零。值得注意的是，华西地区日平均降水异常值的大小不仅受站点降水正、负异常的影响，而且与站点的空间分布相关。从华西地区气象台站的分布(图 3)中可以发现，四川盆地内的站点较为稀疏，而陕南、鄂西、湖南、贵州地区的站点相对密集，这也影响了华西地区整体的降水异常值；结合8个位相上的华西地区的降水分布(图 5)可以看出，第6位相时，川东附近出现较大的正异常，但站点数较少，而山西、河南、湖南地区出现较小的负异常，但站点数较多，因此图 4中该位相华西地区日平均降水异常值为负值。

图 4(Figure 4)

图 4 1979-2012 年华西地区9-10 月单站日平均降水异常在MJO的8个位相合成 Figure 4 Single station daily-averaged rainfall anomalies at MJO 8 phases inWest China from September to October during 1979-2012

图 5(Figure 5)

图 5 1979-2012 年华西地区9-10 月降水异常在MJO的8 个位相(a ~ h)合成(单位:mm · d-1) Figure 5 Rainfall anomalies at MJO 8 phases(a ~ h)from September to October during 1979-2012 inWest China. Unit:mm ·d-1

与图 4对应的是，MJO与华西地区9-10月降水分布之间的关系(图 5)可以看出，第1位相时，贵州、重庆、鄂西和湘西地区表现为明显的降水正异常，华西北部地区有小部分负异常存在。第2位相时，降水正、负异常都逐渐扩大并东移，华西西部地区为较弱的降水负异常，东部地区为显著的降水正异常，其中湖北以及陕、甘交界处降水最多。第3位相时，正异常逐渐缩小到华西中部的川、陕、甘交界处，其他地区的负异常有所扩大。第4位相时，负异常继续扩大，华西大部分地区都转变为降水负异常。第5位相时，降水负异常开始缩小，川、陕、甘交界处表现为弱的负异常。第6位相时，华西地区正、负异常均迅速增强。第7位相时，降水负异常继续迅速扩大，四川东部、贵州北部、重庆、陕南、鄂西、湘西地区降水最少，仅陕西北部、山西有小范围的降水正异常。第8位相时，降水负异常又逐渐缩小并东移，华西地区整体呈现较弱的降水异常。同时从图 5中还可以清楚的看到，在MJO的8个位相中，云南省的降水异常与华西地区的整体降水异常状况确实存在明显的不同，甚至是相反的表现，这也进一步证实了图 3中关于的平均降水量分布的分析。

通过上述图 4、5分析可知，MJO对流主体在不同的位相上，华西地区降水差异显著。基本表现为第1~2位相降水偏多，第3~8位相降水偏少，其中第2位相降水最多，第7位相降水最少。可以认为，MJO对流主体的位相变化对华西秋雨的降水量以及降水空间分布有较大影响，而造成上述影响的原因将在下面作详细的分析。

为了揭示MJO对华西秋雨的影响机制，将分析MJO不同位相上环流背景场的异常变化，主要包括:500 hPa高度场和850 hPa风场异常、850 hPa水汽通量和水汽通量散度异常、垂直运动异常的特征，进而得到MJO不同位相上与华西秋雨显著相关的物理因子。

大气环流是影响降水的最直接因素，进入秋季以后大气环流形势开始调整，副热带系统不断减弱，西风带系统逐渐增强。由1979-2012年9-10月500 hPa位势高度和850 hPa风场异常在MJO的8个位相合成(图 6)可以看出，MJO不同位相上500 hPa高度场和850 hPa风场的异常形势变化明显。第1位相时，欧亚中高纬度地区为两槽一脊的环流形势，里海北部受负异常和气旋性环流影响，西西伯利亚东部上空表现为正异常和反气旋性环流，我国东北部至鄂霍次克海为低槽区，槽后的偏北气流携带冷空气不断南下至华西地区。与此同时，有部分来自孟加拉湾北部和南海的西风气流向华西地区输送水汽，从而造成北路冷空气与偏西暖湿气流在华西地区东南部交汇，因此该位相华西地区东南部产生一定的降水。第2位相时，欧亚中高纬度地区的环流形势与第1位相明显不同，由两槽一脊型转变为西低东高型，巴尔喀什湖一带受负异常和气旋性环流影响，我国东北部至日本海被正异常和反气旋控制，华西地区受负异常气旋南侧的西路干冷空气影响明显，并且来自南海和西太平洋的西南暖湿空气较强，这种异常形势使西路干冷空气与西南暖湿气流在华西地区东部频繁交绥，为秋雨提供了最有利的大尺度环流背景条件，所以此位相华西地区降水最多。第3~6位相时，欧亚中高纬度地区的环流形势对华西地区的影响较小，孟加拉湾、南海和西太平洋向华西地区的水汽输送较弱，华西地区附近的气流不稳定，降水异常并不显著。第7位相时，西西伯利亚附近和西北太平洋上均为较强的负异常和气旋性环流，而贝加尔湖东部及我国中部大范围地区被正异常和反气旋性环流控制，华西地区受西风带长波脊的影响不利于降水的产生，且孟加拉湾、南海和西太平洋主要盛行偏北风，缺少有效的水汽供应，因此该位相华西地区降水最少。第8位相时，我国大部分地区仍旧处在西风带长波脊影响的范围内，华西地区气流不稳定，降水维持偏少。

图 6(Figure 6)

图 6 1979-2012年9-10 月500 hPa 位势高度（彩色区，单位:gpm）和850 hPa 风场(矢量,单位:m · s-1) 异常在MJO的8 个位相(a ~ h)合成 Figure 6 500 hPa geopotential height anomalies(color area,unit:gpm)and 850 hPa wind vector anomalies (vector,unit:m · s-1)at MJO 8 phases(a ~ h)from September to October during 1979-2012

上述分析表明，当我国上空出现两槽一脊或者西低东高的环流形势，中高纬的冷空气向华西地区频繁入侵，并且中低纬有暖湿气流输送时，有利于华西地区干冷与暖湿空气汇合，造成降水偏多；当我国上空受较强的西风带长波脊控制，并且水汽输送较弱时，容易造成降水偏少。同时降水出现时，华西地区受偏西气流的影响较强，冷空气和水汽的交汇位置偏东，有利于秋雨东多西少。

充足的水汽供应是形成持续性降水的必要条件，850 hPa水汽通量散度负异常对应中低空的水汽辐合，有利于成云致雨，而水汽通量散度正异常则对应相反的情况。通过1979-2012年9-10月850 hPa水汽通量及其散度异常在MJO位相上的合成图(图 7)，结合图 6中高度场和风场的分布可以看到，第1位相时，我国北方大部分地区受槽后偏北风的影响，冷空气不断南下至华西地区，此时孟加拉湾北部和南海盛行反气旋性水汽通量环流，有偏西风的水汽输送进入华西地区，这使得北部干冷空气和南部暖湿气流在华西地区东南部交汇，华西地区东南部一带均为水汽辐合区，有利于该地区产生局部降水。第2位相时，环流场转变为西低东高型，受负异常南侧的偏西风影响，我国北部和中部也转为受西路冷空气入侵，此时南海和西太平洋盛行反气旋性水汽通量环流，以西南向水汽输送到达华西地区，南北气流再次在华西地区东部汇合，华西地区位于强水汽辐合区内，造成华西东部地区降水显著。第3~6位相时，由于欧亚中高纬度地区的大尺度环流形势对华西地区影响较小，孟加拉湾、南海和西太平洋的水汽通量方向也已经开始转向，华西大部分地区基本处在水汽辐散区内，不利于降水形成。第7位相时，我国上空受西风带长波脊的影响显著，同时南海和西太平洋盛行气旋性水汽通量环流和偏北水汽输送，华西地区表现为明显的水汽辐散区，造成该位相为降水最大负异常。第8位相时，中高纬的西风带长波脊有所减弱，三个海区有少量水汽输送，华西地区西部为水汽辐合区东部为水汽辐散区，整体降水依然偏弱。

图 7(Figure 7)

图 7 1979-2012 年9-10 月850 hPa 水汽通量(矢量,单位:103kg · m-1 · s-1)及其散度(彩色区,单位:10-5 kg · m-2 · s-1) 异常在MJO的8个位相(a ~ h)合成 Figure 7 850 hPa water vapor flux anomalies(vector,unit:103kg · m-1 · s-1)and its divergence anomalies(color area, unit:10-5kg · m-2 · s-1)at MJO 8 phases(a ~ h)from September to October during 1979-2012

为了更清楚的显示低层和高层之间的相互配置作用关系，利用MJO各位相的垂直速度异常特征来加以分析(图 8)。垂直速度负异常代表上升运动，容易产生降水，而垂直速度正异常则对应相反的情况。由图 8可知，随着MJO对流主体从西印度洋移动到太平洋，华西地区的上升运动基本经历了由强到弱的变化过程，当华西地区上升运动较强时，有利于降水增多，当下沉运动较强时，有利于降水减少。第1位相时，中南半岛和南海地区的下沉运动较强，华西地区中南部存在一定的整层上升运动，与冷暖气流交汇辐合的位置相对应，所以造成了华西地区东南部降水正异常。第2位相时，可以看到上升运动的范围变大，强度增强，华西地区基本全部转变为整层的上升运动，大值中心位于300~500 hPa，该位相恰好对应了华西地区降水最大值。第3~6位相时，中南半岛和南海地区由下沉运动逐渐转变为强烈的上升运动，华西地区转变为下沉运动或较弱的局部上升运动，降水异常较小。第7位相时，华西地区在较好的高空环流形势和强烈的水汽辐散条件下，同时主要受下沉运动控制，降水达到最弱。第8位相时，中南半岛和南海的下沉运动又开始增强，华西地区低层有较弱的上升运动，降水偏少。

图 8(Figure 8)

图 8 1979-2012年9 10月97. 5°E 117. 5°E垂直速度异常的经向-高度剖面在MJO的8个位相(a ~ h)合成(单位:0. 005 Pa · s-1) 阴影区代表上升运动 Figure 8 Latitude-height cross sections of vertical velocity anomalies from 97. 5°E to 117.5°E at MJO 8 phases(a ~ h)from September to October during 1979-2012. Unit:0. 005 Pa · s-1. The shaded is upwards motion

采用Wheeler和Hendon提出的MJO指数，中国34年(1979-2012年)的台站降水资料，NCEP/NCAR提供的OLR、位势高度场、风场、比湿场、垂直速度场等逐日全球再分析资料，研究了MJO对华西秋雨(9-10月)的影响以及造成降水异常的环流背景场变化。

MJO对流主体处于不同位相时，华西地区的秋季降水差异显著。当MJO对流主体位于印度洋中西部(1~2位相)时，华西地区降水偏多，当MJO对流主体位于印度洋东部至太平洋中西部(3~8位相)时，华西地区降水偏少，其中以第2位相的正异常和第7位相的负异常最为显著。

华西地区的降水异常与环流背景场的变化紧密相关。通过分析MJO对流主体东移过程中高空形势场和中低空流场、水汽输送、垂直运动的异常变化发现:第1位相时，欧亚中高纬度地区为两槽一脊的环流形势，受槽后偏北气流南下的影响，华西地区冷空气活动频繁，与来自孟加拉湾北部和南海的部分西风暖湿气流在华西地区东南部交汇，同时配合一定的水汽辐合、上升运动，造成华西地区东南部产生降水。第2位相时，我国上空的环流形势转变为西低东高型，华西地区受负异常气旋南侧的的西路干冷空气影响，并且南海和西太平洋的西南暖湿气流向华西地区的输送增强，干冷与暖湿气流在华西地区东部相交绥，水汽辐合、上升运动也达到最盛，有利于华西地区降水达到最强。第3~6位相时，欧亚中高纬度的环流形势对华西地区的影响减小，有效的水汽输送也较弱，华西地区基本处在水汽辐散区内，垂直运动亦不显著，降水逐渐减少。第7位相时，华西地区高空受较强的西风带长波脊影响，中低空来自孟加拉湾、南海和西太平洋的水汽输送继续减弱，水汽辐散、下沉运动继续加强，降水达到最弱。第8位相时，大尺度西风带长波脊减弱，三个海区有少量的水汽汇入，华西地区有小范围的水汽辐散、下沉运动存在，降水负异常偏小。

需要指出的是，华西秋雨作为一种特殊的天气气候现象，其形成和维持的原因是多方面的，本文试图通过阐述MJO这一信号对华西秋雨以及相应环流背景场的变化，为华西地区秋季降水的预报预测提供科学依据和方法，但限于篇幅，本文仅对大气环流场的部分主要要素作了详细讨论。此外在实际预报当中，如何设计影响华西秋雨的活动指标、建立预测模型以及相关的数值模拟试验，将是下一步展开的工作。