引言

2007年秋季我国出现了较为异常的气候特征，其中北方地区降水异常偏多，出现了1951年以来最长的秋雨，尤其是9月26日至10月14日，西北地区中东部、华北中南部、黄淮北部及西南东部等地持续多雨(雪)天气，与常年同期相比，部分地区降水量偏多2~5倍；甘肃、宁夏、陕西、山西、河北、山东6省(区)9月26日至10月14日区域平均降水日数为1951年以来历史同期最大值^[1]。北方异常偏多的秋雨对农业生产造成很大的影响。

赤道中东太平洋的ENSO事件作为气候系统最强的年际异常信号之一，对我国的气候异常也有重要的影响^[2-9]。有研究表明，就四季而言，ENSO对我国秋季气候异常的影响甚至超过了对夏季的影响^[10-11]。但关于ENSO对我国秋季气候异常影响的研究相对夏季而言还不是很多。龚道溢等^[10]研究了ENSO对我国四季降水影响，表明El Niño年秋季江南降水偏多，而北方偏少，La Niña年相反。谌芸等^[11]的分析也表明，El Niño年我国秋季降水出现南多北少型的频率增加近20%，而La Niña年出现南多北少型的频率减少20%。反之，当我国秋季降水距平出现大尺度南北降水异常时，往往表示当时有ENSO现象发生。ENSO对我国西北地区秋季降水也有显著的影响，El Niño年我国西北地区秋季降水易偏少，而La Niña年易偏多^[12]。国家气候中心的监测显示，2007年8月赤道中、东太平洋海温开始进入La Niña状态，并在随后的秋冬季不断加强发展。因此，本文将针对从大尺度环流异常及ENSO对我国秋季气候异常的影响，来分析2007年秋季我国北方地区降水异常的成因，为秋季气候预测提供一定依据。

1 资料

本文所用资料有NCEP/NCAR的2.5°×2.5°的月平均再分析资料，包括1951—2007年500hPa高度场、850hPa风场和850hPa比湿场，以及2007年9—11月日平均的850hPa风场和850hPa比湿场。此外，还有国家气候中心整编的中国地区160站1951—2007年月降水量资料和1951—2007年74项环流特征量指数和Nino3区海温指数。

2 2007年秋季降水异常的时空特征

图 1给出了2007年秋季及各月降水距平百分率分布。从整个秋季来看，降水距平主要表现为北多南少的分布。北方的多雨带主要位于华北北部—河套—西北中西部。其中华北北部大部较常年同期偏多20%以上，局部偏多50%以上；河套和西北中部大部偏多在50%以上，部分地区偏多1倍以上；而西北西部大部偏多2倍以上，部分地区偏多达到3倍以上。另外，东部沿海和云南西部偏多20%~50%。全国其余大部地区降水偏少20%~50%。从各月的情况来看，9月北方的多雨带就已经很明显，其中西北地区大部降水偏多3倍以上；另外江南地区也有一条多雨带。10月份多雨带仍然位于北方地区，并且较9月略微北抬东移，多雨区主要分布在华北、内蒙古中部，河套、西北东部等地区，其中大部地区降水较常年同期偏多1~2倍，部分地区偏多3倍以上。全国其余大部地区降水偏少50%以上。11月除东北南部和西南的局部地区外，全国大部地区降水都偏少50%以上(图略)。从以上各月的降水分布可以看到，2007年秋季我国北方降水异常偏多主要是9月和10月北方降水异常偏多造成，从降水过程来看，其中在9月26日至10月14日北方地区的持续连阴雨为历史同期罕见，西北地区中东部、华北中南部、黄淮北部和西南东部降水都较常年同期偏多2~5倍，降水偏多3~10天，造成了严重的秋汛。

有分析显示华西秋雨有明显的年代际变化的特征，进入21世纪我国又出现了较明显的华西秋雨现象^[13]。图 2给出了我国主要秋雨区秋季降水距平EOF第一模态的时间系数，反映了秋雨的整体变化特征。可以看到，1960年代到1970年代中期、1980年初为相对多秋雨期，1950年代、1980年代中后期到20世纪末我国秋雨相对偏少。21世纪开始华西秋雨又有明显增加的趋势。

3 大尺度环流特征

图 3给出了9—10月500hPa高度距平场。由图 3a可见，9月乌拉尔山和贝加尔湖以东到日本地区分别为两个正距平中心，巴尔喀什湖以东以南地区为弱的正距平，印缅地区以及阿拉伯海和孟加拉湾北部为负距平区，南海和西太平洋地区为负距平区。这种形势表明印缅槽偏深，副高偏北，中高纬以纬向环流为主，有利于来自孟加拉湾和南海的水汽和冷空气交汇于北方地区。由于贝加尔湖以南为强正距平，所以9月的降水正异常主要分布在西北地区的中西部。10月的高度场异常(见图 3b)与9月有所差异，乌拉尔山的正距平进一步加强，而贝加尔湖以南的正距平中心东进南压到我国大陆东部—日本地区，在巴尔喀什湖到贝加尔湖以南的广大区域为负距平区，更加有利于贝加尔湖低槽后不断分裂冷空气并东移南下。同时，孟加拉湾和阿拉伯海为大范围的负距平，印缅槽活跃，有利于西南季风对水汽的输送，而西太平洋副高偏北使冷暖空气主要交汇在我国北方地区。

图 4给出了9月和10月的850hPa风场距平。9月的异常风场(见图 4a)上，台湾岛以东的洋面上为一异常的反气旋，其西侧的东北风加强了气候平均场的东北风，而孟加拉湾为异常的西南气流，向北一直延伸至我国的华西地区，增强了华西地区水汽的输送，同时与北方的异常东风在我国北方地区形成辐合。另外，阿拉伯海到印度西部的异常西南气流以及印度西北部来自西部的气流与巴尔喀什湖附近的异常北风气流在我国西部地区也形成一个异常的辐合区。10月份我国北方地区异常的风场(见图 4b)辐合更为明显，北方贝加尔湖以南异常的北风距平到达黄河流域，表明北路冷空气较为活跃；南面高原东侧为异常的西南风气流，该异常的西南气流主要来自于台湾岛以东洋面异常的气旋性环流北面所产生的偏东气流经南海转向进入高原东侧的异常西南风气流中，增强了高原东侧的西南气流，加强了来自东海和南海的水汽经高原东侧向我国北方地区的输送；东面江淮地区异常的偏东偏南气流也带来东面海洋的水汽；西面高原南侧为异常强的西风气流，东西南北异常的冷暖气流在黄河流域尤其是黄河中上游形成异常的辐合，造成了北方地区降水异常偏多的环流形势。而长江以南地区由于受东面海洋异常气旋环流的影响，为异常的偏北偏东气流控制，降水偏少。

图 5进一步给出了9月和10月的850hPa水汽通量和水汽通量散度距平。可以看到，9月异常偏强的孟加拉湾水汽输送一直到达黄河上游地区，在高原东部地区形成异常的水汽辐合。另外在新疆西部来自西部和南部印度半岛的异常水汽输送在新疆西部地区也形成异常偏强的水汽辐合。10月份水汽输送与9月有所不同，除了孟加拉湾北部向北的水汽输送增强外，来自东海经南海、中南半岛转向进入高原东部向北的水汽输送也异常增强，而且明显大于来自孟加拉湾的异常水汽输送。另外，来自印度北部偏西偏南的水汽输送也异常偏强，三支异常偏强的水汽输送与来在贝加尔湖的异常偏北气流在我国西部形成强烈的水汽通量辐合，中心水汽通量散度距平超过70×10^-6·g·s^-1·m^-2 ·hPa^-1，远大于9月份。从水汽输送的逐日演变(图 6a)来看，沿30°N的水汽通量从9月初到中旬100°E以西地区就开始维持很强的西南气流的水汽输送，同时100°E以东地区不断有偏东水汽汇入；之后西南水汽输送进入一个减弱期，9月第6候开始西南气流又开始异常活跃，并一直维持到10月中旬，这段时间也对应了9月26日至10月14日北方地区持续的连阴雨，之后西南气流明显减弱。为了考察到达30°N的西南水汽的来源，图 6b进一步给出了沿20°N水汽通量的时间-经度剖面，可以看到9月上旬100°E以西就维持较强的西南气流的水汽输送，100°E以东为弱的偏东气流，而到10月份100°E以西的西南气流变得很弱，而100°E以东的偏东南气流明显加强，并在95~100°E附近地区转为西南气流。这一结果表明9月份到达我国北方的西南水汽主要来自于低纬度孟加拉湾，而10月份主要来自100°E以东的南海和东海。

4 La Niña对2007年秋季降水和大尺度环流异常的影响

2007年2月赤道中东太平洋的El Niño事件结束后，从8月份开始赤道中东太平洋海温进入La Niña状态，并在秋季不断加强发展。图 7给出了1951—2006年秋季NiNo3区海温和我国160站秋季降水的相关(图 7a)、历史上夏秋季节发生La Niña事件的年份(1962、1967、1974、1984、1995、1998年)合成的秋季降水距平百分率(图 7b)以及NiNo3区指数回归的我国秋季降水的方差占整个降水方差的百分比(图 7c)。可以看到，秋季的NiNo3区海温和我国秋季降水的相关呈北负南正的分布，负相关显著的区域主要分布在黄河中上游、河套、陕南等地区，正相关显著的区域主要在江南地区。6次夏秋季节发生的L a Niña事件合成的降水距平百分率分布与相关反映的特征相似，我国秋季降水主要呈北多南少的分布，偏多的区域主要分布在黄河和长江之间的黄淮和华西地区以及西北地区，偏少的区域主要分布在长江以南、东北南部、华北北部区域。两个结果的特征是一致的，La Niña年我国秋季降水易出现北方偏多而南方偏少的分布。那么赤道中东太平洋的ENSO对我国秋季降水的这种影响究竟有多大呢？图 7c给出了用NiNo3海温指数回归的1951—2006年我国秋季降水的方差占整个降水方差的百分比，可以看到，降水方差百分比有两个大值区，分别对应了图 7a的南北两个显著相关区，方差比在10%左右，最大超过20%，表明ENSO的影响所产生这种南北反相变化的降水异常可以解释整个降水10%以上的方差贡献。如果对秋季降水距平做EOF分析，可以发现第二模态就反映了南北反相变化的特征(图 8)，而这一模态所解释的方差占总方差的贡献为13%，图 9给出了这一模态的时间系数和NiNo3区海温距平，两者的相关系数高达0.5, 显著性水平为0.01。这一结果表明秋季降水异常的第二模态(南北反相)很大程度上是来自于ENSO的影响。图 10进一步给出了用2007年秋季NiNo3指数回归重建的2007年秋季的降水距平百分率，可以看到降水呈北多南少的分布，与实况秋季降水异常的分布型是比较一致的，而且在河套及甘肃西部地区回归得到的距平百分率超过了30%，在江南地区大部超过20%，部分地区超过了30%，与实况相比(图 1)几乎占到了实况降水距平的50%以上。这些结果都表明2007年的La Niña事件对秋季降水的影响比较重大。

从上面的分析表明，2007年秋季的降水特征与2007年夏秋季开始的La Niña事件密切相关，那么大气环流的特征又如何呢？而La Niña事件又是如何影响我国秋季的降水分布呢？图 11进一步给出了6次夏秋季节发生的La Niña事件合成的850hP a水汽通量距平和水汽通量散度距平，以及850hPa高度场距平。由水汽通量距平和水汽通量散度距平可以看到，La Niña年秋季来自在孟加拉湾和中南半岛经青藏高原东侧向我国北方地区的水汽输送加强，造成强的水汽辐合区主要位于我国华西和北方地区。从500hPa高度场距平看，从乌拉尔山到我国大陆东部为+-+的距平分布，表明贝加尔湖阻高和巴尔喀什湖—贝加尔湖低槽的发展以及副高偏北，有利于高纬的冷空气活跃于我国的北方地区。同时，印缅地区高度场偏低，印缅槽偏深，加强了南海、孟加拉湾水汽沿高原东侧的西南季风向我国北方地区的输送。这些环流特征表明，La Niña状态下，高原东侧的西南季风异常偏强，由于印缅槽偏强，异常偏多的水汽容易到达我国的北方地区，同时西太平洋副热带高压偏北，东亚大陆高度场易呈西低东高的分布，北方冷空气不断分离南下，冷暖气流交汇于我国北方地区，造成雨带异常偏北。表 1进一步给出了Nino3区海温指数与西太平洋副高及印缅槽特征量的相关以及2007年秋季各特征量的距平，可以看到，除与副高强度的相关较低外，Nino3区海温指数与其他特征量的相关显著性水平都超过0.05，其中与副高脊线和印缅槽的相关最大。相关关系表明，La Niña状态下，西太平洋副高面积易偏小，位置偏北偏东，印缅槽偏深。从2007年各特征量的反映来看，除了副高面积和强度由于受到前期副高持续偏强的影响，仍偏大偏强外，其他特征量都反映出了La Niña的响应特征，表明La Niña对2007年秋季大气环流的影响还是很明显的。

5 结语

分析2007年秋季我国北方地区降水异常偏多的时空特征和大尺度环流特征，以及La Niña对秋季降水和大气环流的影响，结论如下。

(1) 2007年秋季我国降水出现了典型的北多南少的分布，尤其9月和10月北方降水异常偏多，而江南、华南遭受了严重的秋旱。

(2) 秋季，尤其是9月和10月，南海和印缅地区高度场偏低，印缅槽偏强，高原东侧的西南季风异常活跃，加强了自孟加拉湾和南海的水汽向我国北方地区的输送，同时巴尔喀什湖—贝加尔湖为宽广的低槽区，不断分裂的短波槽携带冷空气南下，由于西太平洋副热带高压偏北，将冷空气主要阻挡在我国北方地区，冷暖气流交汇于我国北方地区，造成异常偏多的降水。

(3) 赤道中东太平洋海温对秋季降水有重要影响，表现为南北反相的变化(El Nio事件对应北少南多，La Niña事件对应北多南少)，这种影响与秋季降水的EOF第二模态有密切联系，其可以解释我国秋季降水10%左右的方差贡献。2007年秋季降水异常型表现出了典型的La Niña的影响，2007年的La Niña事件对秋季降水的影响比重较大。

(4) 赤道中东太平洋海温处于La Niña状态，来自孟加拉湾和中南半岛经青藏高原东侧向我国北方地区的水汽输送加强，造成强的水汽辐合区主要位于我国华西和北方地区。同时冷水状态造成西太平洋副热带高压偏北，东亚大陆高度场易呈西低东高的分布，北方冷空气不断分离南下，与西南暖湿气流交汇在我国北方地区，造成雨带异常偏北。2007年秋季大气环流的异常也表现出了典型的La Niña事件的影响。

致谢：本文在完成过程中，得到国家气候中心丁一汇院士、董文杰研究员、李维京研究员、罗勇研究员以及气候预测室、气候系统监测室、气候应用服务室很多同事的建议和帮助，在此一并致谢。