引言

中国地处东亚季风区，季风气候显著。秋季是夏季风环流向冬季风环流转变的过渡时期，随着东亚夏季风系统的南撤，季风槽南移，西太平洋副热带高压(以下简称副高)东撤南退，中国东部地区雨季结束。但此时来自孟加拉湾的西南季风和水汽输送仍然较强，同时中高纬冷空气活动开始活跃，在有利的形势下，往往造成冷暖空气交汇，从而使得某些地区降水出现异常。这其中华西地区由于特殊的地理位置，秋雨特征显著，很早就引起气象学家的重视(高由禧，1958；高由禧和郭其蕴，1958)。同时由于秋季是我国秋收秋种的重要季节，秋季的天气气候异常将对我国粮食生产和人民生活安全造成严重的影响。因此做好秋季气候异常的诊断分析和预测(鲍媛媛等，2003；贾小龙等，2008；王朋岭等，2014；司东等，2015；聂羽等，2016；竺夏英和宋文玲，2017)将有利于认识秋雨发生的科学规律，有助于防灾减灾。

自20世纪90年代以来，我国秋季气温总体处于偏暖的年代际背景下；而秋季降水自21世纪以来进入偏多的时段。此外秋季气候受到海温等多种外强迫因子的影响(谌芸和施能，2003；韩晋平等，2013；王春学等，2015b)，还有显著的年际变化特征。2017年，我国秋季气候总体表现为“暖湿”的特征，全国大部分地区气温偏高，但降水偏多区域主要集中在长江以北地区。本文从2017年秋季我国主要气候特点出发，通过诊断分析造成气候异常的大气环流特征和外强迫信号，探讨造成2017年秋季气候异常的可能成因，为今后的气候预测和服务提供参考。

1 资料和方法

本文使用的资料主要有：中国气象局国家气象信息中心整编的1961—2017年中国地面基本气象要素日值数据集(V3.0)逐日气温和降水观测资料、国家气候中心提供的160站月降水观测资料、NCEP/NCAR逐日再分析大气环流资料(Kalnay et al，1996)以及NOAA提供的逐月海温资料(Reynolds et al，2007)。文中部分图形出自国家气候中心开发的“气象灾害影响评估系统”及“大气环流交互诊断系统”(http://cmdp.ncc-cma.net/Monitoring/cn_stratosphere.php#seasonal)。文中气候态取1981—2010年平均。使用的统计方法主要有相关、合成等。

2 2017年秋季我国主要气候异常特征

2017年秋季，全国平均气温为10.8℃，较常年同期(9.9℃)偏高0.9℃(图 1a)。从空间分布看，全国大部分地区气温接近常年同期至偏高，其中内蒙古西部、西北地区西南部和中部、西藏、西南地区西部、江南地区南部和东部等地气温较常年同期偏高1～2℃，局部偏高2℃以上；而内蒙古东部、东北地区北部和东部、江淮地区西部和江汉地区东部等地气温较常年同期偏低，其中内蒙古东部局部和东北地区北部局部偏低0.5～1℃(图 1b)。

2017年秋季，全国平均降水量为123.2 mm，较常年同期(119.8 mm)偏多2.8%(图 2a)，但空间分布非常不均匀，其中长江以北的大部分地区降水较常年明显偏多。新疆北部、西南北部和东部局部、东北北部、华北大部、黄淮南部、江汉、江淮大部、江南东北部及华南西部等地较常年偏多2～5成，尤其是西南北部、江汉、黄淮南部至江淮大部等黄河与长江之间的大部分地区降水偏多1倍以上，汉水流域发生洪涝灾害；内蒙古中东部和西部、新疆东部、西藏大部、东北南部、黄淮北部及江南东南部等地降水较常年明显偏少，部分地区偏少8成至1倍(图 2b)。

根据国家气候中心华西秋雨监测业务规定(2015年试行)，2017年华西秋雨监测区(图 3)降水总体较常年偏多48.6%。其中北区华西秋雨开始日期较气候平均值偏早14 d，结束日期偏晚5 d，秋雨期偏长19 d，累积降水量偏多71.5%。南区华西秋雨开始日期偏早16 d，结束日期偏早5 d，秋雨期偏长11 d，累积降水量偏多74.7%，居1961年以来第三位(表 1)。

2017年秋季我国气候总体呈现“暖湿”特征，但季节内降水的空间分布具有明显的阶段性变化特征：9—10月的主要降水异常落区为华西、黄淮大部及江淮等地，同时决定了季节尺度主要多雨带的特征(图 4a)；而11月降水异常的空间特征则发生了显著变化，主要多雨区位于江南中东部到华南地区(图 4b)。降水异常空间型的变化伴随着大气环流的调整和次季节尺度大气演变特征。为了突出气候异常特征并使降水成因分析更有针对性，下面将重点分析9—10月我国北方地区降水异常偏多的原因，该时段是华西秋雨发生的典型阶段，同时也是黄淮及江淮出现异常降水的集中时段。

在何敏(1984)的研究中将我国秋雨区分成一般秋雨区和明显秋雨区，华西属于明显秋雨区，而黄淮和长江中下游的大部分地区属于一般秋雨区。2017年秋季降水不仅表现为华西地区降水较常年偏强，黄淮和江淮的秋雨强度也不弱于华西地区。统计显示(图 4c)，2017年黄淮和江淮地区9—10月平均降水量较常年同期偏多63.9%，居1961年以来第六位。黄淮和江淮地区出现的明显秋汛对当地秋收秋种产生显著的不利影响，因而更值得探讨该地区降水异常偏多的成因。

3 2017年9—10月我国北方降水异常偏多成因分析 3.1 造成9—10月北方降水偏多的大气环流异常特征

2017年9—10月，东亚地区500 hPa高度距平场(图 5a)自高纬至低纬呈“+-+”的异常分布特征，极区高度场偏高，有利于冷空气扩散，且极涡分裂偏向东北亚地区导致该地区高度场偏低，中纬度贝加尔湖-巴尔喀什湖地区为显著的低槽区，低纬度副高偏强并异常西伸至100°E以西，脊线位置偏北，且我国东部黄河以南的区域上空高度场偏高。值得注意的是在850 hPa高度距平场(图 5b)上，朝鲜半岛附近为高度场正距平中心，850 hPa距平风场(图 5c)上东北南部到朝鲜半岛地区为异常反气旋式环流，有利于引导偏东路径的冷空气南下。影响我国的冷空气活动一般分为西路、中路、东路等路径，其中偏东路径的冷空气活动一般与极涡分裂及形态有密切关系。从图 5c可以看出，来自新疆、蒙古国等西路和中路的冷空气并不强，长江以北地区没有偏北风距平，但是通过朝鲜半岛地区异常反气旋式环流引导的冷空气沿半岛南部的偏东风分量很强，将来自东北亚和日本海的冷湿气流向我国黄淮和江淮等区域输送。此外，图 5c还显示菲律宾附近为异常气旋式环流，南海北部为偏东风距平；孟加拉湾东部到中南半岛为异常反气旋式环流, 中南半岛北部为偏西风距平，两支暖湿气流在华南交汇后北上。该气流与来自东北亚和日本海的冷湿气流在我国长江与黄河的区域交汇，在该区域形成水汽通量异常辐合区(图 5d)，造成西南地区北部、江汉、黄淮及江淮等地降水明显偏多。

根据前人的研究，贝加尔湖-巴尔喀什湖地区低槽偏强和副高偏强偏西的环流配置非常有利于华西秋雨偏强，2017年9—10月的环流型及华西地区降水偏强的特征与已有研究结论相符合(冯丽文和郭其蕴，1983；何敏，1984；白虎志和董文杰，2004；王遵娅和丁一汇，2008)。而黄淮和江淮等地的秋雨偏强显然与两个关键环流因素有关，一是副高偏北偏西，使得江南东部为对流层中低层的反气旋式环流中心，对暖湿水汽自南向北的输送和多雨区在北方的位置起到关键作用；二是朝鲜半岛的反气旋式环流异常有利于引导偏东路径的冷湿气流沿朝鲜半岛南部西进到黄河与长江之间的地区，从而与北上的暖湿水汽汇合，形成异常辐合，由于水汽条件充足，形成强降水和秋汛。

3.2 造成9—10月大气环流异常的关键海温外强迫因子

西太平洋副高特征是决定我国水汽输送条件的关键因子，而副高又受到太平洋和印度洋等海温外强迫信号的影响。继2014—2016年的超强厄尔尼诺事件(邵勰和周兵，2016；袁媛等，2016；翟盘茂等，2016)于2016年春季结束后，赤道中东太平洋转入近中性状态(图 6)，其中2016年7—11月Niño 3.4指数≤-0.5℃，2017年5—7月维持在0.5℃附近，随后于9月开始再次≤-0.5℃。值得注意的是SOI指数在2017年7—11月持续维持正位相，赤道中东太平洋冷水状态与热带太平洋上空大气的耦合度较高，这一特征显著不同于2016年秋季的弱冷水阶段。同时通过9—10月Walker环流距平图(图 7)可以看到, 赤道西太平洋上升气流和中东太平洋下沉气流的整体性很强，显示Walker环流明显增强的特征，是典型的La Niña状态特点。

有大量研究探讨了热带太平洋海温特征与我国秋季降水的关系(李耀辉等，2001；谌芸和施能，2003；贾小龙等，2008；顾薇等，2012；韩晋平等，2013；Gu et al，2015；何珊珊等，2015)，多数观点认为，热带中东太平洋处于拉尼娜状态或偏冷位相时，抑制了该地区上空大气的对流活动，而在热带西太平洋上空对流旺盛，从而导致西北太平洋出现异常反气旋，引起西太平洋副高偏强西伸，我国北方秋雨偏多而南方偏少。其中顾薇等(2012)的研究考虑到热带中东太平洋的海温变化与西太平洋海温变化的差异，能更好地反映海温东西变率差异与我国秋季降水的关系。尤其是从春季开始逐步发展并维持至冬季的赤道中东太平洋(Niño3区+Niño4区，下同)一致偏暖/冷，有利于秋季长江以北的黄淮、江淮、华北及河套等地区降水偏少/多。根据国家气候中心ENSO监测业务标准及顾薇等(2012)的定义计算了1982—2017年赤道中东太平洋夏季和秋季季节平均海温指数(图 8)，可以看出，夏、秋季赤道中东太平洋海温持续性非常好，同号率达到88.9%；仅1983、1992、2005和2017年出现了夏、秋季海温指数不同号的情况，均由夏季的正海温异常转为秋季的负海温异常。2017年夏季赤道中东太平洋总体为中性偏暖状态，秋季则迅速转为较显著的偏冷状态。

分夏、秋季赤道中东太平洋持续偏暖且秋季海温指数≥0.5℃(1982、1986、1987、1991、1994、1997、2002、2004、2006、2009、2014和2015年)和夏、秋季赤道中东太平洋海温持续偏冷且秋季海温指数≤-0.5℃(1984、1988、1995、1998、1999、2000、2007、2010和2011年)两种情况，选取典型年进行9—10月平均500 hPa高度距平场合成分析(图 9)。可以看出，在赤道中东太平洋夏、秋季持续偏暖的年份，东亚地区500 hPa环流场自北向南呈“-+-+”的异常分布，极地高度场负异常，45°N以北为高度场正异常，中国中东部20°～45°N范围内为高度场负距平，西太平洋副高偏东偏南(图 9a)。在赤道中东太平洋夏秋季持续偏冷的年份，东亚地区500 hPa高度距平场的特征与偏暖年份恰好相反，自北向南呈“+-+-”的异常分布，中国中东部28°～55°N为正高度距平，西太平洋副高偏西偏北(图 9b)。对比图 5a与图 9b可以发现，两者在中高纬度的特征非常相似。

ENSO循环对中国秋季降水有重要影响，考虑到海温的慢变特性及大气对海温变化的响应往往有滞后效应存在，在以往的研究和预测应用中，通常将前期夏季的海温状况作为最重要的前兆信号来考虑，但回顾2017年9—10月的降水实况及类似的1983、1992和2005年环流、降水特征，热带太平洋海温夏、秋季的持续性在统计上显著但也有例外年份。这说明除了考虑大气对热带太平洋海温冷暖转换的响应程度和响应速度外，还需要同时考虑其他海温因素的影响。

除热带太平洋外，热带印度洋是影响东亚环流的另一个重要因素。已有研究探讨过印度洋海温异常尤其是热带印度洋偶极子(TIOD)与中国秋季降水的关系(刘宣飞和袁慧珍，2006a；(2006b；肖莺等，2013；刘佳等，2015)。一般认为夏、秋季印度洋偶极子均与中国南方秋季降水有很好的正相关关系，同时ENSO事件的发生对TIOD与中国秋季降水的关系有调制作用，导致TIOD与ENSO事件联合作用和独立作用时对秋季气候的影响不同。

根据国家气候中心的监测，TIOD指数自2017年2月由负位相转为正位相之后，一直持续加强，至9—10月有所减弱，但依然维持正位相特征(图 10a)。从1982—2017年9—10月平均TIOD指数与赤道中东太平洋海温逐月指数的超前滞后相关可以看出(图 10b)，TIOD对赤道中东太平洋海温变化存在3个月左右的显著滞后响应。虽然赤道中东太平洋在2017年9月进入显著冷水状态，但TIOD一直维持正位相，仍然表现为对前期春、夏季赤道中东太平洋中性偏暖状态的滞后响应。

根据刘宣飞和袁慧珍(2006b)的研究，我们首先计算了1982年以来9—10月赤道中东太平洋海温指数与同期TIOD指数的相关，相关系数达到0.68，通过了0.01的显著性水平检验，表明在全球变暖的背景下，当前TIOD与ENSO之间的关系依然显著。对1982年以来TIOD正位相与El Niño联合发生年(1982、1991、1994、1997、2002、2006和2015年)及TIOD正位相独立发生年(2007、2011和2012年)分别进行了典型年降水量距平百分率的合成。可见TIOD正位相与El Niño联合发生年秋季降水的主要区域集中在长江以南地区(图 11a)，而TIOD正位相独立发生年秋季降水主要落区明显偏北(图 11b)。图 11c给出了TIOD正位相独立发生年9—10月平均500 hPa高度场减去TIOD正位相与El Niño联合发生年9—10月平均500 hPa高度场的差值场，结果表明TIOD正位相独立发生年西太平洋副高偏强偏西偏北的特征更为显著，从而有利于暖湿水汽输送至我国更偏北的地区。此外，两组典型年份9—10月平均850 hPa风场的差值场(图 11d)显示，TIOD正位相独立发生年更有利于在孟加拉湾地区形成反气旋式环流异常，从而进一步加强了自南向北输送向我国的暖湿气流。

上述分析显示，2017年9—10月东亚环流特征受到多种环流异常配置及海温外强迫因子的影响，极涡分裂偏向东北亚地区及850 hPa距平风场上朝鲜半岛的异常反气旋式环流为偏东路径的冷空气活动提供了条件，而赤道中东太平洋冷水状态和热带印度洋偶极子正位相的组合影响有利于西太平洋副高偏强偏西偏北，从而为暖湿气流向北输送奠定了基础。正是在这样的环流异常组合影响下，有利于2017年秋季北方降水异常偏多。

4 结论和讨论

本文利用国家气象信息中心提供的中国台站气温降水资料、NCEP/NCAR逐日大气环流再分析资料和NOAA提供的月平均海温资料，首先揭示了2017年秋季中国气候异常的主要特征，然后分析了造成该异常的环流特征和外强迫信号，主要结论如下：

(1) 2017年秋季我国总体呈现“暖湿”的气候特征。全国大部分地区气温接近常年同期到偏高，全国平均气温为10.8℃，较常年同期偏高0.9℃。全国平均降水量为123.2 mm，较常年同期偏多2.8%，但空间分布不均，其中长江以北的大部分地区降水较常年明显偏多，不仅华西秋雨偏强，黄淮及江淮等地降水更是较常年同期偏多5成至1倍以上，且降水时段主要集中在9—10月份，阶段性特征明显。

(2) 2017年9—10月北方地区降水异常偏多主要受到东亚环流型的影响。东亚500 hPa高度距平场从高纬至低纬呈“+-+”的异常分布，极区高度场偏高，极涡分裂偏向东北亚地区，中纬度在贝加尔湖-巴尔喀什湖地区为显著的低槽区，低纬度西太平洋副高偏强，异常西伸，脊线位置偏北。一方面，极涡分裂偏向东北亚地区有利于极地冷空气沿鄂霍茨克海向南扩散，对流层低层的850 hPa距平风场上朝鲜半岛的反气旋式环流异常有利于引导偏东路径的冷湿气流沿朝鲜半岛南部西进到黄河与长江之间的地区；另一方面，850 hPa距平风场上孟加拉湾东部到中南半岛为异常反气旋式环流, 中南半岛北部为偏西风距平，菲律宾附近为异常气旋式环流，南海北部为偏东风距平，两支暖湿气流在我国华南交汇后北上。冷湿气流与暖湿气流在我国长江与黄河之间的区域交汇，使得该区域成为水汽通量异常辐合区，进而造成西南地区北部、江汉、黄淮及江淮等地降水明显偏多，秋汛显著。

(3) 2017年秋季赤道中东太平洋海表温度由夏季的中性偏暖迅速转为秋季的显著偏冷，同时TIOD在2—10月持续正位相。随着赤道中东太平洋海温的转冷，热带太平洋地区大气显示出对冷海温的清晰响应，Walker环流明显增强，有利于西太平洋副高偏强偏西偏北；此外9—10月受TIOD正位相(且没有El Niño发生)的独立影响，有利于在孟加拉湾形成反气旋式环流异常，同时有利于副高西伸偏北。赤道中太平洋冷海温和TIOD的共同作用是导致西太平洋副高较常年异常偏强偏西偏北的重要外强迫信号。

本文主要针对造成我国秋季降水异常的环流型以及热带太平洋和热带印度洋海温异常对环流的影响进行了初步的诊断分析。实际上，造成我国秋季气候异常的因素还有很多，包括多种大气涛动(刘晓云等, 2016；徐金霞等，2017)、其他海域海温异常的影响(韩晋平等，2013)、多时间尺度特征(王春学等，2015a)等，都值得做更进一步的参考和分析。