2013, Vol. 39 
2012年秋季，我国气候异常特征总体表现为气温偏低，降水明显偏多，特别是在东北、华北以及江南地区降水异常偏多，其中东北、华北以及江南部分地区降水量创历史极值。东北、华北作为我国重要的商品粮生产基地，秋季这种持续低温多雨的异常气候条件将严重影响一些大田农作物的收晒和播种。对于东北和华北地区，这种降水异常是在秋季降水持续偏少的年代背景下出现的(吉奇等，2006；蔡福等，2008；Han et al, 2010)，将在一定程度上对农业生产产生严重的影响。
旱涝灾害实际上都是由降水偏离常态引起的，在影响气候异常的诸多因子中，大气环流异常是最直接和最主要的原因，而外强迫因子(譬如海温、积雪等)则是间接因子。本文主要针对2012年秋季中国气候特点和气候异常的可能成因进行分析，以期为进一步做好气候监测和预测工作提供参考和依据。
1 资料和方法本文主要使用了国家气候中心的“气候系统监测-诊断-预测-评估系统”提供的资料和产品以及美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的NCEP/NCAR再分析数据集。本文使用的气候平均值为1981-2010年的平均。
2 我国主要气候特征2012年秋季，我国平均气温为9.6℃，较常年同期(9.9℃)偏低0.3℃(图 1a)。与常年同期相比，除云南局部地区气温偏高1~2℃外，全国其余大部地区气温接近常年同期或略偏低，其中新疆中部、内蒙古中部和华北北部部分地区气温偏低1~2℃(图 1b)。季内，由于冷空气活动频繁，华北及内蒙古东部、吉林西部、辽宁南部、山东北部、山西南部、陕西、青海东北部、新疆中部以及江苏等地共有93站发生极端日降温事件，日降温幅度普遍有10~17℃，其中辽宁兴城(14.1℃)，青海贵南(13.5℃)，新疆若羌(13.3℃)，河北秦皇岛(13.0℃)4站的日降温幅度突破历史极值；黑龙江和内蒙古东北部等地共20站发生极端连续降温事件，其中黑龙江新林(27.1℃)和五大连池(25.4℃)的连续降温幅度突破历史极值(图略)。
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图 1 1961-2012年秋季全国平均气温历年变化(a, 单位：℃)及2012年秋季全国气温距平分布(b, 单位：℃) Fig. 1 Time series of autumn mean temperature over China during 1961-2012 (a, unit: ℃) and distribution of temperature anomalies of China in autumn of 2012 (b, unit: ℃) |
全国秋季平均降水量135.1 mm，较常年同期(119.7 mm)偏多12.9%(图 2a)。从空间分布看，总体呈"东多西少"异常分布。降水偏多区出现在内蒙古中东部、东北地区、华北东北部、江南大部及华南中部等地，其中内蒙古东部和东北北部偏多1~2倍，局部地区偏多2倍以上；西北地区中西部、西藏中北部和西部、云南西部和黄淮等地降水偏少20%~50%，其中新疆西南部等地偏少5成以上(图 2b)。
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图 2 1961-2012年中国秋季平均降水量历年变化(a, 单位：mm)及2012年秋季中国降水量距平百分率分布(b, 单位：%) Fig. 2 Time series of autumn mean rainfall over China during 1961-2012 (a, unit: mm) and the distribution of temperature anomalies of China in autumn 2012 (b, unit:%) |
从区域特征看，2012年秋季东北地区(黑龙江、吉林、辽宁)平均降水量(187.6 mm)较常年同期(98.2 mm)偏多91.0%，是1961年以来最多年(图 3a)。华北地区(北京、天津、河北、山西和内蒙古)平均降水量(124.8 mm)较常年同期(82.2 mm)偏多51.8%，仅次于2003年(169.9 mm)为1971年以来第二多年(图 3b)。对于南方地区，江南地区降水偏多20%至1倍，局部地区偏多1倍以上，其中江西省平均降水量(401.4 mm)较常年同期(225.3 mm)偏多78.2%，是1961年以来最多年(图 3c)。季内，黑龙江、山东和河南等地还出现了极端日降水量事件，其中河南邓州为204.2 mm，山东胶南为393.0 mm。
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图 3 1961-2012年东北(a)、华北(b)以及江西(c)秋季平均降水量历年变化 Fig. 3 Time series of autumn mean rainfall (unit: mm) in Northeast (a), North China (b) and Jiangxi Province (c)of China during 1961-2012 |
以上分析可鉴，2012年秋季我国的主要气候异常突出表现为：全国大部分地区气温偏低；降水“东多西少”，其中东北、华北、江南及华南地区异常偏多。2012年秋季我国气候异常的主要原因包括两个方面：(1) 大气环流异常是影响气候异常的直接原因，(2) 海温异常则是气候异常的重要外强迫因子。
3.1 大气环流大气环流异常是造成我国气候异常的直接原因。从500 hPa高度场及距平场上可以看出(图 4)，欧亚大陆基本为“西高东低和北高南低型”的异常分布特征，欧洲-乌拉尔山一带维持正高度距平，巴尔喀什湖-贝加尔湖-东亚大部为低槽控制，我国大部分地区处于负距平控制区，从而有利于来自极地和中高纬度地区的冷空气向南及东南方向扩散，导致我国大部分地区气温偏低。同时，在西北太平洋北部(阿留申地区)有一明显的阻塞高压脊，这对其上游冷空气的东移入海起到了一定的抑制作用，非常有利于冷空气在我国北方地区停滞，造成这些地区的气温明显偏低。从图 5也可以看出，整个秋季共发生了12次明显的冷空气过程，这较常年同期偏多4.1次(图 5)。特别是进入11月，东北冷涡活动频繁，先后有3次显著的冷涡过程。伴随冷涡的活动，仅11月我国就经历了5次明显的冷空气过程，这对东北地区秋季降水异常偏多提供了有利的动力条件。
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图 4 2012年秋季500 hPa高度场(等值线)及距平场(彩色阴影区)分布(单位：gpm) (红色粗线为气候平均的5860和5880等值线) Fig. 4 The distribution of geopotential height (contours) and its anomalies (colored area) at 500 hPa in autumn 2012 (The red line denotes the 5860 and 5880 contours of climatic means) (unit: gpm) |
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图 5 2012年秋季冷空气过程次数的逐月变化 Fig. 5 Monthly variations of cold air processes in autumn 2012 |
对于低纬度地区，虽然西太平洋副热带高压(以下简称副高)的主体较气候态偏弱、偏东，但环绕副高主体的反气旋环流范围较大，且外缘位置明显偏西，其西边界一直西伸到孟加拉湾地区，从而有利于来自低纬度的西南暖湿水汽向我国东南沿海输送，并与北方南下的冷空气交汇，在这些地区形成明显的水汽通量辐合，有利于降水的发生(图 2b)。
3.2 海温国家气候中心的监测显示，2011年9月开始的拉尼娜(La Nina)事件于2012年4月结束后，赤道中东太平洋于7-8月出现明显暖水波动，之后进入正常状态。9和10月，日界线以东赤道中东太平洋区域的海表温度正异常明显减弱且连续两个月低于0.5℃的阈值标准，这表明暖水波动已经结束、海温进入正常状态。从Nino 3.4和太平洋Nino Z区指数看，截止到2012年11月，赤道太平洋地区最终没有能形成一次厄尔尼诺(El Nino)事件(图略)。对历史上于1-4月结束的La Nina事件(共9个个例)分析表明，La Nina事件结束后热带太平洋变化趋势主要分为两类：第一类是暖海温事件发展，其中4个个例于当年夏秋季形成一次厄尔尼诺事件，分别为1957、1965、1972和1986年，1个个例(1976年)暖水波动维持5个月；第二类是弱的海温负距平维持(2个个例，分别为2001和2008年)或发展成一次新的La Nina事件(2个个例，分别为1962和2011年)。因此从统计特征看，与2012年类似的赤道中太平洋海温演变特征在历史上较为少见(王遵娅等，2013)。
从整个秋季的海温距平分布看(图 6)，赤道中东太平洋大部维持弱的正海温距平，距平中心位于赤道中太平洋日界线附近，西北太平洋中高纬地区偏暖明显, 热带印度洋为东冷西暖的海温分布，即印度洋偶极子(IOD)分布的正位相。图 7为热带印度洋偶极子指数逐月演变，可以看出从2012年5月偶极子指数转变为正位相以来，该指数一直在不断增强，并于8月达到最强，偶极子指数为1.07，9-11月偶极子指数虽然较8月有所减弱，但还是表现出很强的正位相，这说明2012年热带印度洋偶极子发展具有经典的季节锁相特征，夏季是其发展时期，秋季是最强盛时期(Saji et al, 1999; Webster et al, 1999)。
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图 6 2012年秋季平均海表温度距平(单位：℃) Fig. 6 SST anomalies (unit:℃) in autumn 2012 |
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图 7 热带印度洋偶极子指数逐月变化 Fig. 7 Variation of the monthly tropical Indian Ocean dipole index |
已有研究表明，热带印度洋及热带太平洋海温异常都是影响我国秋季降水的重要外强迫因子(刘宣飞等，2006a；2006b；Sun et al, 1999；应明等，2008；贾小龙等，2008；柳艳菊等，2012)。通常在El Nino年，我国秋季降水容易出现“南多北少”的异常分布特征；而IOD正位相时期，中国西南部地区降水增加；当IOD正位相年和El Nino伴随出现时，副高位置偏南，我国北方为西北气流，南方为西南气流, 通常使得中国西南地区秋季降水正异常区域向东扩展, 还使得黄河流域秋季降水转为负异常(刘宣飞等，2006a；2006b)。从上述秋季海温异常的分布特征看，尽管赤道太平洋地区最终没有能形成一次El Nino事件，但赤道中东太平洋海温仍然表现出与El Nino年类似的弱的正异常特征，而热带印度洋地区则是典型的IOD正位相海温分布特征。从大气对海温异常的响应来看，对流层低层850 hPa风场主要是反映对热带印度洋偶极子正位相及发展中El Nino事件的响应(刘宣飞等，2006b；Sun et al, 1999；应明等，2008)。从图 8可以看到，受热带印度洋和太平洋海温异常的影响，在孟加拉湾-南海-菲律宾以东的洋面上激发出一个异常的反气旋性环流(图 8b)，从而有利于副高的加强西伸(图 8a)以及该反气旋西侧的西南暖湿水汽向我国东南部地区输送。由于副高位置明显偏南，因而我国降水异常偏多的地区主要出现在江南及华南地区(图 2)。与典型的IOD正位相和El Nino伴随年出现不同的是，虽然黄河流域降水表现出明显偏少的特征，但在低层风场上我国西北地区并没有明显的西北气流出现，这可能与赤道中东太平洋海温正异常不显著有关。
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图 8 2012年秋季850 hPa风场距平(a, 单位：m·s-1)及整层积分的水汽输送距平(b, 单位：kg·s-1·m-1)和水汽通量散度距平(b, 单位：105 kg·s-1·m-2，阴影区表示水汽通量辐合) Fig. 8 Distributions of 850 hPa wind anomalies (a, unit: m·s-1) and moisture transport anomalies (b, unit: kg·s-1·m-1) and divergence of moisture transport flux (b, unit:105 kg·s-1·m-2, the shaded areas stand for the convergence of moisture transport flux) in autumn 2012 |
对于东北地区，受西北太平洋中高纬度地区海温异常偏高和阿留申高空阻塞的共同影响，850 hPa近极地一侧为异常反气旋性环流，在其南侧的中高纬度太平洋上空为异常气旋性环流，两者之间在50°N附近为一致的偏东风异常(图 8a)，从而利于海洋上暖湿水汽向西偏北方向输送到我国东北及华北北部地区，为这些地区的降水提供充足的水汽供应(图 8b)。
4 结论(1) 2012年秋季，我国总体上气温偏低，降水明显偏多，特别是在东北、华北以及江南地区降水异常偏多，其中东北、华北以及江南部分地区降水量创历史极值。
(2) 大气环流异常是造成我国气候异常的直接原因。2012年秋季，欧亚大陆为“西高东低和北高南低型”的异常分布特征，从而有利于来自极地和中高纬度地区的冷空气向南及东南方向扩散影响我国。此外，阿留申地区的阻塞高压脊对其上游冷空气的东移入海起到了一定的阻挡作用，从而有利于冷空气在我国北方地区停滞，造成这些地区的气温明显偏低。
(3) 2012年秋季，我国东北、华北降水偏多主要受西北太平洋地区中高纬度地区的异常东南风水汽输送影响，其中西北太平洋中高纬度地区的海温异常可能与该地异常反气旋的产生和发展密切相关；我国江南及华南地区的降水偏多则主要与副高西侧的西南暖湿水汽输送密切相关，热带印度洋海温IOD正位相分布及赤道中东太平洋地区的弱的暖海温则是影响低纬度大气环流异常的主要外强迫因子。
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