引言

在全球变暖的背景下，洪涝、干旱、高温、冰雪、暴雨和连阴雨等极端天气气候事件频发，其中的洪涝、干旱、暴雨、连阴雨等极端天气气候事件与降水量、雨日存在密切的联系，其变化特征主要用降水量和雨日两个指标来衡量。

近几十年来，一些国家和地区持续(无)雨日数发生了显著变化(Schmidli and Frei, 2005; Groisman and Knight, 2008; Llano and Penalba, 2011)，其反映了这些地区降水持续性特征发生了改变，而降水持续特征的变化又与旱涝异常存在联系。中国的华北、西南地区及珠江流域，近年来连阴雨日数显著减少，持续无雨时段显著增多(Qian and Lin, 2005; Bai et al, 2007)，在珠江流域，尽管研究者们并未发现降雨量有明显的变化趋势，但其降雨日数却有显著的减少，降雨强度则有相对应的增强(Liu et al, 2015; Zhang et al, 2009; 2014)。如Goswami et al(2006)以日降水量100 mm为界将印度雨日分为两级，发现日雨量小于该值的雨日有减少的变化趋势，而大于该值的雨日则呈现出增加的趋势。符娇兰等(2008)对我国夏季降水进行了雨日分级，并研究了不同等级雨日的时空分布特征。Feng et al(2009)研究发现，中国近50年来五大降水区年雨日有着一致的减少趋势。张琪和李跃清(2014)则发现西南地区年雨日和秋季雨日均呈现偏少的趋势，且呈准17 a振荡周期的特征。

进入秋季后，大气环流发生调整，副热带系统逐渐减弱，西风带系统明显增强。但由于夏季风还未完全退去，孟加拉湾、南海以及西太平洋的暖湿气流仍可以源源不断地向西南地区输送，从而导致该区域发生持续性阴雨天气。这样的阴雨天气会直接或间接地导致未及时收割的作物倒伏、脱粒，以及收获的作物无法及时晾晒而发芽霉烂，造成减产甚至绝收。尽管雨日数与降雨量在一定程度上具有较好的关系，但在以往的科研业务中，气象科技工作者主要偏重于降水量的研究(李耀辉等，2001；汪靖和吕江津，2011；张秉祥等，2012；李聪等，2012；王红霞等，2013；徐新创等，2014)，而对雨日特征及演变的研究相对较少(宁亮和钱永甫，2008；符传博等，2011；丁永红等，2012；曹永强等，2015)。就中国西部地区而言，关于秋雨气候特征方面的研究，更多地关注降水量(陈忠明等，2001；白虎志和董文杰，2004；罗霄等，2013)，而很少集中分析雨日的异常特征(白虎志，2006)，对于西南部的贵州地区更是如此。

近些年来，在全球变暖背景下贵州地区的雨日演变规律的研究才得到越来越多的重视(王芬等，2015)。因此，本工作针对秋雨“绵绵”的气候特征，从雨日数的角度出发，分析贵州秋季雨日数时空变化及其与大气环流的关系，揭示贵州秋季雨日数的时空特征，探寻贵州秋季雨日数与大气环流的关系，以及雨日异常年对应的环流特征差异，以期得出更有意义的结果。这对科学合理地部署工农业生产和生态建设，合理开发利用气候资源，有效保护生态环境等都具有十分重要的科学意义和实际意义。

1 资料与方法

本文利用1964—2013年秋季(9—11月)美国NCEP/NCAR月平均再分析资料集(Kalnay et al, 1996)，水平分辨率2.5°×2.5°，考虑台站观测资料长度及其完整性，选取贵州省81个站(图 1)作为研究对象。定义日降水量≥0.1 mm为一个雨日(降水日和降雪日)，将逐日的降水资料进行处理得到各站1964—2013年的雨日数。本文采用的主要统计方法有线性趋势分析(施能等，2004)、M-K分析(Libiseller and Grim, 2002)、Morlet小波分析(林振山和邓自旺，1999)、相关分析、合成分析和t检验等方法。除特别说明外，文中所有异常均指秋季3个月的平均量与其气候态的偏差，而气候态均指同时段的3个月平均的多年平均(1981—2010年)。

2 秋季雨日时空变化 2.1 秋季雨日的气候特征

图 2给出了贵州省近50年秋季平均雨日数分布，可以看到贵州省秋季雨日由东南部向西北部逐渐增多，雨日一般为30.0~52.3 d。雨日在40 d以上的区域主要分布在黔西北地区，其中45 d以上雨日的区域分布在毕节市大部、六盘水市、遵义市西北部、黔西南州北部和贵阳市局部，尤其是毕节市中部雨日达50 d以上。而东南大部雨日在40 d以下，其中雨日 < 35 d的区域主要分布在黔西南州东南局部、黔南州南部、黔东南州南部及铜仁市局部。全省秋季雨日数平均为40.5 d，其中9、10和11月的雨日分别有12.9、15.5和12.1 d。

2.2 秋季雨日演变趋势及主要周期特征

据图 3分析得出，贵州近50年秋季平均雨日数为40.5 d，整体呈减少趋势，其趋势系数为-0.4576，通过了0.001的显著性水平检验，每10年减少1.9 d。近年来贵州省秋季雨日出现了较大幅度的减少，其中雨日数最多的是1972年，达55.8 d，最少的是1998年，仅为28.8 d。基于近50年秋季雨日数标准化时间序列，以超过(低于)标准化值1(-1) 对应的偏多(偏少)年作为划分标准，得出偏多年是1964、1967、1972、1981、1982和2012年，共计6年，偏少年是1979、1988、1992、1998、2001、2007、2008和2009年，共计8年。我们将在下文针对上述年份的有关气象要素进行了合成差值分析，即用贵州秋季雨日异常偏多年减去异常偏少年。另外，需要说明的是，用以进行合成差值分析的气象要素均为滤除了气候态的距平。

为得到贵州秋季雨日数的趋势突变，使用M-K法对雨日数序列进行了突变检验。由UF曲线(图 4)可见，20世纪60年代，贵州秋季雨日数有一定的减少趋势，从70年代初期至80年代后期又出现了小幅的增加，之后又呈现明显的减少。20世纪90年代末期这种趋势超过0.05的显著性水平检验，雨日数的减少趋势显著。根据UF和UB曲线交点的位置，表明1987年前后是秋季雨日数由多变少的转折点。结合图 3分析，1964—1986年秋季雨日偏多年有5年，1988—2013年秋季雨日偏少年有7年。

为得到多尺度变化信息，对贵州近50年秋季雨日数进行小波及功率谱分析(图 5)。据图 5a分析可得，20世纪90年代以前，贵州秋季雨日存在4~6 a的振荡周期，之后的活动周期有所减弱，基本上以3年左右为主。结合功率谱分析对应的方差分布可知(图 5b)，与小波分析的结果相一致，在整个时间域上贵州的秋季雨日数存在显著的3.5~5 a左右的振荡周期，此外，尽管在超过16 a的活动周期上仍存在较大的方差，但结合小波分析可知，其处在受边界影响的区域内，可信度较低。因此，上述研究表明贵州省近50年秋季雨日数存在年际振荡特征。

2.3 秋季及其各月雨日数趋势的空间分布特征

通过对秋季及其各月秋季雨日数进行统计，绘制了贵州省81站秋季及其各月雨日数近50年的趋势系数分布(图 6)。由图可见，全省秋季雨日呈减少趋势，其中在黔中西部和北部地区最为显著，毕节市中西部、六盘水市中西部、黔西南州、安顺市南部、黔南州西南部和遵义市北部地区的秋季雨日趋势系数达到-0.443 d·a^-1，全省81站点中有64个站点通过a=0.05的显著性水平检验，其中有45个站点甚至通过了a=0.01的显著性水平检验(图 6a)。

同时，对秋季各月雨日数的趋势系数进行分析，9月雨日数呈减少趋势，黔中西部雨日数趋势系数达到-0.354 d·a^-1，全省有49站通过0.05的显著性水平检验，其中34站通过0.01的显著性水平检验(图 6)；10月雨日数除毕节市中东部、遵义市西部、贵阳市东北部、铜仁市中部以及黔东南州局部等地区呈弱增加趋势外，其余区域呈减少趋势，省南部边缘和铜仁市局部、遵义市局部雨日数趋势系数达到-0.273 d·a^-1，全省有9站通过0.05的显著性水平检验，其中2站达到0.01的显著性水平检验(图 6c)；11月雨日数呈减少趋势，黔西南大部、遵义市北部、铜仁市东部、黔东南州中部和毕节市局部雨日数趋势系数达到-0.354 d·a^-1，全省有31站通过0.05的显著性水平检验，其中13站通过0.01的显著性水平检验(图 6d)。进一步将秋季全省各站的趋势系数与各月对应的趋势系数进行相关统计，其相关系数分别为0.5699(9月)、0.5364(10月)和0.8395(11月)，表明贵州近50年秋季雨日数趋势变化与11月雨日数趋势变化非常类似。

3 秋季雨日数异常的大气环流特征 3.1 水汽输送

降水的多寡与是否存在丰富的水汽来源及畅通的水汽通道存在密切联系。为分析在贵州秋季雨日异常偏多与偏少时的水汽输送差异，下文分别给出了中国南方地区秋季700 hPa及整层大气积分的水汽通量、水汽通量散度的合成差值(图 7)。由于大气中的水汽含量大值区集中在850~700 hPa(李秀珍等，2010)，同时考虑到贵州地区的地势高度，以及大气中的水汽含量及水汽输送主要位于300 hPa以下的对流层中低层，因此整层水汽通量的积分仅从地表(P_s)计算至高空300 hPa。

由图 7可见，无论是700 hPa还是整层大气，在中国的江南、华南地区存在显著的异常反气旋式环流，反气旋西侧强盛的偏南气流将来源于南海及西北太平洋地区的水汽源源不断地向我国西南地区东部及长江中下游地区输送。与此同时，在孟加拉湾的东南地区存在异常的气旋式环流，尽管尺度与强度不及中国江南地区的反气旋，但其东侧的偏南气流仍然对包括贵州在内的西南地区东部的水汽输送起到了加强作用，促进水汽向贵州地区的聚集。同时亦说明，造成贵州地区秋季雨日异常偏多的水汽来源中，南海地区上空的水汽占据了更为重要的地位。而在水汽通量散度的分布中可见，包含贵州在内的西南地区东部为显著的水汽通量辐合，其中整层水汽通量散度的辐合中心位于川渝交界的北部，中心值超过了0.04 g·cm^-2·hPa^-1·s^-1，水汽通量的辐合亦为上述地区提供了充足的水汽来源及降水条件, 从而促进贵州地区秋季降水的异常偏强、雨日数的异常偏多。

3.2 东亚地区异常水平环流

异常的降水与水汽输送往往同异常的水平环流形势相联系，如南支槽、热低压、西风带北支高压脊等均是影响我国贵州地区降水的重要天气系统(王斌和李跃清，2010；池再香等，2012；杨静等，2013)。下面针对对流层不同层次的东亚地区秋季风场的辐散分量与旋转分量、散度、垂直速度以及海平面气压等有关气象要素进行了合成差值(图 8)分析。

海平面气压的合成差值(图 8a)显示，45°N以北的北半球中高纬地区为显著的海平面气压正异常，正异常中心位于西伯利亚高原南部，异常值超过了4 hPa，而45°N以南的广大亚洲中低纬地区均为海平面气压的负异常分布，在中亚及朝鲜半岛附近区域分别存在两个低于-1.2 hPa的负异常中心。而在对流层中层500 hPa的异常垂直速度分布中，包括贵州地区在内的中国西南地区及华中地区均处于明显的异常上升气流控制区域。这亦与前文中水汽通量的辐合抬升形成较好的对应。

从700 hPa水平风场的旋转分量异常分布(图 8b)上可见，亚洲大陆上空中低层大气中存在多个异常气旋式环流系统，如青藏高原西北侧、河套地区及中南半岛西北部均存在异常的气旋中心。其中，与水汽通量相联系，中南半岛地区异常气旋东侧的偏南气流对于中国西南地区上空的水汽输送具有重要作用，而位于河套地区的异常气旋则更进一步与海平面气压异常分布形成了较好的对应关系，由于中高纬异常气旋系统的活跃，促使南方暖湿空气在西南地区、江南地区聚集，形成强烈的辐合中心，从而促进贵州等地降水的形成，造成降雨日数的增加。而由于东南亚及台湾东部的两个异常反气旋的活跃，使得这两个异常反气旋系统间的低槽系统在中国南方地区维持，水汽通量的输送通道得以更好地体现。另外，在对流层高层(200 hPa，图 8c)，中国南方地区上空存在明显的异常辐合中心，反映了当地上空大气的准正压结构特征，亦说明自下而上的辐合抬升运动占据了西南地区的各层大气。

3.3 位势高度异常分布

由对流层高层200 hPa的欧亚地区秋季位势高度的合成差值分布可见，除亚洲地区中高纬度的中西伯利亚高原周边区域、中国中部及北太平洋上空存在高度的正异常外，其余地区均呈现为位势高度的负异常，其中正异常中心位于中西伯利亚高原上，负异常中心则位于日本及其附近地区的上空。与气候态的位势高度分布相比可知，亚洲东岸的大槽有所加深，导致高层的经向气流强度有所加大。虽然亚洲中、高纬度的位势高度异常呈现出一定的“-+”分布型，但并不显著。

对流层中层(500 hPa)与低层(700 hPa)的欧亚地区秋季位势高度异常分布形势与高层较为相似，即亚洲中部的高纬度地区均为位势高度的正距平，其中在500 hPa高空的位势高度正异常中心达到了20 gpm。与高层200 hPa略有不同，对流层中低层的亚洲中纬度地区以及东欧的高纬地区均呈现显著的位势高度负异常分布，负异常中心分别位于日本附近、我国北方和东欧高纬地区。欧亚高纬度地区，位势高度异常呈现“-+-”的分布型，且低层较高层更加显著。因此，对流层中低层的东亚大槽异常偏强，欧亚中高纬度地区西风急流减弱，经向环流显著增强，有利于高纬度地区冷空气的南下。而与显著的位势高度负异常相对应的南亚地区印缅槽异常活跃，槽前偏南暖湿气流强盛，从而有利于中高纬度的冷空气与南方暖湿空气在贵州地区交汇，促进当地降水的形成，造成贵州秋季雨日异常偏多。

反之，在贵州地区秋季雨日数异常偏少时(图略)，欧洲中部地区和北美洲西北部地区为负距平，中纬度对应的亚洲中部、太平洋、北美洲中部以及东部地区为正距平。东亚大槽偏弱，亚洲中高纬地区气流趋于平直，纬向环流盛行，经向环流相对偏弱，不利于冷空气南侵。与此同时，副热带高压异常偏强偏北，贵州地区更多地受到副热带高压内部的下沉气流控制，不利于贵州地区降水的形成，从而造成贵州秋季雨日相对偏少。

4 结论

基于贵州秋季雨日数，利用多种统计方法，分析了贵州秋季雨日数的时空变化特征，并进一步对贵州秋季雨日数的突变、周期及其异常的大气环流特征等展开诊断分析，初步得出以下结果：

(1) 贵州省秋季雨日数由东南部向西北部逐渐增多，雨日一般在30.0~52.3 d。其中雨日数大于45 d的区域主要集中在毕节市大部、六盘水市、遵义市西北部、黔西南州北部和贵阳市局部，而雨日数 < 35 d的区域主要分布在黔西南州东南局部、黔南州南部、黔东南州南部及铜仁市局部。

(2) 贵州省近50年秋季平均雨日数为40.5 d，整体呈减少趋势，每10年雨日减少1.9 d，1987年前后是秋季雨日数由多变少的转折点。秋季雨日偏多年是1964、1967、1972、1981、1982和2012年，偏少年是1979、1988、1992、1998、2001、2007、2008和2009年。

(3) 贵州省近50年秋季雨日序列存在显著的准5 a和2~3 a的振荡周期，其中准5 a振荡最明显，2~3 a振荡周期为次之。同时，贵州省秋季雨日数呈减少趋势，省的中西部和北部地区最为显著，即毕节市中西部、六盘水市中西部、黔西南州大部、安顺市南部、黔南州西南大部和遵义市北部的秋季雨日趋势系数均通过0.001的显著性水平检验。

(4) 在贵州地区秋季雨日数异常偏多时，无论是700 hPa还是整层大气，在东南亚及中国东海地区存在显著的异常反气旋式环流，以及在孟加拉湾的东南地区存在异常的气旋式环流，其东侧的偏南气流对西南地区东部的水汽输送起到了加强作用，促进水汽向贵州地区的聚集。在对流层中层500 hPa的异常垂直速度分布中，包括贵州地区在内的西南地区处于明显的异常上升气流控制区域。由于中高纬异常气旋系统的活跃，促使南方暖湿空气在中国西南、江南地区聚集，并形成强烈的辐合中心，从而产生更多的降水，造成降雨日数的异常偏多。同时，对流层中、低层大气中的亚洲高纬度地区均为位势高度的异常正距平，亚洲中纬度地区为位势高度的负异常分布，欧亚中高纬度地区呈位势高度的“-+-”分布型，而东亚大槽偏强，低纬度地区槽脊略有加深，贵州处于印缅槽前，偏南暖湿气流强盛，从而有利于冷、暖空气在贵州地区交汇，促进当地降水的形成，反之亦然。