全球变暖和人类活动的加剧导致了区域气候不稳定，使极端天气事件发生频率和强度显著增强，对人类的生活和经济社会发展造成了严重影响
[1-9]。研究表明，20世纪中后期，与温度有关的所有极端气候指数都发生了显著改变，全球大部分地区都受到了极端气候的影响
[10]，包括持续增加的极端降水事件。2022年夏季，北半球经历了极端高温热浪天气和干旱，多个地区气温突破历史纪录
[11-14]。这次高温热浪不仅强度大，而且持续时间长，如中国东南部和美国中西部的高温一直持续到10月，法国经历了自1945年有温度测量以来最热的10月。
极端性天气往往发生在大气环流异常的背景下，降水的偏多和偏少对应的大气环流存在明显差异
[15-16]。2022年9—11月(北半球秋季)，副热带高压（简称“副高”）在北半球的强度明显偏强，整体位置偏北，导致南亚和东南亚等季风区降水明显偏多，其中孟加拉国、尼泊尔、泰国等地发生了持续性强降雨，非洲尼日利亚则经历了超长雨季，引发了严重地质灾害。与此同时，东亚、北美等副高控制的区域经历了持续的高温少雨，面临着严重的干旱。此外，部分登陆的热带气旋（TC）强度偏强，给一些地区带来了严重影响。
全球范围各个天气系统之间存在着紧密的联系，Joung等
[17]研究表明，在东亚寒潮过程中，冷锋经过韩国的前一天，北大西洋西部有槽脊明显发展，然后沿着欧亚大陆向东发展，最终导致寒潮爆发。陶诗言等
[18]对深槽型暴雨和台风暴雨的分析表明，欧亚高空急流中Rossby波能量的频散引发的下游效应，对东亚高空槽的形成与发展、登陆台风的路径与长生命史有着重要影响。因此，为了深入了解全球天气系统演变特征及其引起的灾害性天气分布特点，本文对2022年9—11月全球大气环流和天气特征以及典型TC暴雨过程进行详细分析。对提升全球极端性、灾害性天气的预报服务能力具有一定参考价值，对认识全球天气系统的发展演变特征及其相互联系也具有重要意义。
1 资料与方法
应用NCEP/NCAR 0.5°×0.5°分辨率的逐日降水量、气温以及2.5°×2.5°分辨率的逐月平均位势高度等再分析资料，分析实况和距平；应用欧洲中期天气预报中心全球气候再分析资料（ERA5）进行物理量诊断，空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为1 h；TC数据为国家气象中心提供的路径集。本文将1991—2020年作为气候背景，降水和气温极值的计算，是指突破1979—2021年时段内的极值。文中涉及的地图来自自然资源部网站的标准地图，审图号为GS(2019)3082号。
采用气候距平法分析降水、气温和环流形势等异常特点，采用物理量诊断方法初步分析TC暴雨成因。
2 全球天气概况
2.1 降水特点
2022年9—11月，全球陆地上降水量分布呈现显著的不均匀性，赤道附近地区降水量明显高于中高纬度地区，降水量由沿海地区向内陆逐渐递减（
图1）。中高纬度大部分地区的降水量在200 mm以下，其中北美洲西北部、北欧西部、南欧西北部及俄罗斯南部、日本、朝鲜等地的沿江沿海地区普遍超过300 mm，北美洲西北部沿海局地超过800 mm；赤道附近地区一般在600～1 000 mm，局地超过1 200 mm。在欧洲东南部、西非沿海地区、青藏高原南部、东南亚、俄罗斯远东地区、澳大利亚西北部和东南部、北美洲西北部沿海、南美洲东北部等地突破了历史同期的降水纪录（
图1a）。
降水量距平百分率分布（
图1b）表明，与常年同期相比，西半球除了南美洲东部沿海和美国西南部沿海的部分地区偏多2～3倍，局地超过5倍外，其他大部分地区降水量偏少。东半球大部分地区降水量接近常年同期或略偏多，其中，欧洲东南部、亚洲东北部、青藏高原南部、阿拉伯半岛西北部、非洲中部以及澳大利亚的西北部和东南部等地的一些地区偏多1～2倍，局地超过3倍。
2.2 气温特点
2022年9—11月，北半球经历了气温的极端波动，一些地区最高、最低气温创下历史纪录。北半球中纬度地区最高气温普遍偏高，欧洲西部、亚洲、北美洲中西部的夏季极端高温一直持续到秋季中前期；法国经历了1945年以来最热的10月，最高气温连续多日超过25 ℃
[19]。而在11月25—30日，中亚东部、东亚以及西伯利亚等地则遭遇了极端寒潮天气，大部地区的降温幅度达到10～16 ℃，局地超过20 ℃，蒙古国有51个气象站最低气温打破近47年来同期最低历史纪录
[20]。
从2 m最高气温最大值分布（
图2a）可知，2022年9—11月北半球陆地上，高纬度地区最高气温为10～20 ℃，中纬度地区北部以及山脉和沿海地区最高气温一般为20～30 ℃，中纬度其他地区和低纬度地区多数在30 ℃以上；欧洲西南部、非洲中北部、亚洲西部和南部以及美国中西部经历了35～40 ℃的高温，西亚、非洲北部的一些地区超过45 ℃，其中部分地区最高气温突破了历史同期极值。在南半球，南美洲大部、非洲南部以及澳大利亚中北部的最高气温在35～40 ℃，局地达45 ℃。欧洲中北部、西伯利亚、格陵兰岛中部、澳大利亚中南部的最高气温较常年同期显著偏低，北美洲中北部、南美洲南部、欧洲西南部、非洲中部、亚洲中纬度地区则显著偏高。
2022年9—11月，北半球陆地上的最低气温纬向梯度较大，中高纬度地区的欧洲东部、亚洲中北部和北美洲北部的最低气温普遍低于-30 ℃，局地低于-50 ℃，有些地方突破了历史同期最低纪录，-20 ℃线和-30 ℃线之间纬向距离较小（
图2b）。低纬度地区，除了美国南部、非洲东北部的最低气温低于0 ℃外，其他大部分地区在5～15 ℃，东南亚、非洲东部及印度半岛南部的一些地区甚至超过20 ℃。在南半球，除了非洲中部和南部沿海、澳大利亚南部沿海、新几内亚岛东部、新西兰岛、南美洲南部和西部沿海地区最低气温在0 ℃以下外，其他大部分地区在5～15 ℃，局地超过20 ℃，其中非洲中部、南美洲中部部分地区最低气温突破历史极值。除了欧洲、亚洲西部、格陵兰岛最低气温较常年同期偏高外，其他大部分地区偏低。
2.3 热带气旋概况
2022年9—11月，全球共有36个TC活动
[21]（
图3）。其中，有1个TC生成于8月末。9—11月全球共生成35个TC，较气候平均（1991—2020年）偏多5个，其中，北半球海域生成了33个，较气候平均（27.5个）偏多5.5个。
36个TC包含：西北太平洋有14个（其中6个登陆）；东北太平洋有8个（其中4个登陆）；北印度洋有1个登陆；南印度洋有2个；北大西洋有11个（其中6个登陆）。所有登陆的TC都给陆地带来了大范围的强风雨天气，造成了严重影响。
3 环流形势异常及其演变特征
2022年9—11月，北半球经历了极涡位置、形状和强度的显著调整，同时副高强度偏强。由逐月的500 hPa平均位势高度场及距平场的演变（
图4a、b）可知，9月极涡位于北极地区，呈偶极型分布，中心分别位于加拿大北部和东西伯利亚海附近，中心强度低于536 dagpm。距平场显示极涡强度较常年同期偏弱，冷空气影响相对偏弱。10月极涡呈单极型，中心位于极点附近，中心强度低于516 dagpm；与9月相比，极涡强度较常年同期偏强，中高纬西风带呈多波状，表明冷空气活动频繁但强度较弱。9—10月，副高呈现位置偏西、偏北和强度偏强的特征，使欧洲、西亚、南亚、中国东南部、美国西部及非洲等副高或高压脊控制区域维持了大范围高温少雨的天气，导致干旱加剧。10月欧洲上空高压脊比常年同期偏强8 dagpm，使多个地区的最高气温创下10月的历史纪录。副高呈东西向带状分布，有利于TC向西运动，进而影响亚洲东南部区域。亚洲东海岸和北美洲东部呈现高空槽，有利于TC在高空槽前转向，造成日本、韩国、美国等地出现强降雨。
11月（
图4c）北半球极涡呈偶极型，中心位置与9月基本一致，但强度增强，中心低于508 dagpm；东西伯利亚海附近的极涡较常年同期偏强8 dagpm。中高纬度地区环流呈现“三槽两脊”分布，槽线底部偏南，分别位于欧洲东部至中亚、亚洲东岸和北美西部，欧洲东部至中亚的高空槽偏强6 dagpm；脊线位于欧洲西部和白令海，欧洲西部的脊偏强并伸向格陵兰岛，形成阻塞形势，有利于冷空气在亚洲北部积聚，冷空气势力增强。11月25—30日，高压脊前的西北气流引导冷空气南下，导致中亚东部、东亚以及西伯利亚等地发生了极端寒潮天气。副高脊线位置较前期略有南压，但强度仍偏强，副高西脊点位置偏西，处于副高边缘的亚洲东南部、美国南部月内降水偏多。综上，2022年9—10月，北半球冷空气偏弱，副高偏强，位置偏北，导致大部分地区气温较常年同期偏高；11月冷空气势力明显偏强，亚洲北部、北美洲大部分地区气温较常年同期偏低。
在南半球，南极涡旋分裂为2个中心，分别位于东西半球的极地附近，偏向于西半球的极涡更强。中高纬度地区有3个槽，分别位于南美洲东南部沿海、大洋洲东南部沿海和非洲东南部沿海，脊线较浅。南大西洋和非洲大陆上的副高偏强且稳定，有利于南非、澳大利亚北部、南美洲中北部等地持续性高温的稳定发展（
图4d～f）。与北半球相比，南半球的极涡更强，围绕极涡的西风更偏北，等高线密集度更高。
4 典型热带气旋暴雨和物理量分布特征
TC暴雨是主要的灾害性天气，每年都会造成严重洪涝灾害和财产损失。国内外气象学者对TC暴雨形成机制取得大量的研究成果
[22-26]。TC暴雨表现出明显的季节变化特征，秋季TC通常强度较大，常与冷空气相互作用，导致风雨影响范围更广泛
[27-29]。2022年9—11月，北半球共有17个TC登陆，对亚洲东部和南部、北美洲南部造成不同程度的影响。其中，西北太平洋第11号TC“轩岚诺”经历了路径突变、强度迅速增强、双涡旋的合并、强度急剧减弱和TC变性等复杂过程
[30-31]，并以强台风级别（45 m·s
-1）登陆韩国，先后给菲律宾、日本、韩国和俄罗斯滨海边疆区等地造成较强风雨，并导致一些地区发生洪水灾害
[32]。第16号TC“奥鹿”以16级的风速（55 m·s
-1）登陆菲律宾，给菲律宾造成不同程度的洪涝灾害；之后“奥鹿”在越南再次登陆，越南中部多地引发山体滑坡和洪水。北大西洋第9号TC“伊恩”先重创古巴，导致古巴西部多省出现强风雨，比那尔德里奥省沿海城镇发生洪水，6 h降雨量超过200 mm，之后袭击美国，造成严重经济损失，是美国历史上最强烈风暴之一
[33]。
4.1 降雨实况
基于日雨量数据，分析过程累计雨量和日雨量最大值的分布，发现TC影响陆地时，气旋强度强（近中心最大风速都在42 m·s
-1以上），造成的暴雨强度大、雨量分布不均匀，不同区域TC暴雨强度有显著差异。“轩岚诺”给日本南部、韩国大部、朝鲜西部以及俄罗斯滨海边疆区沿海等地造成的累计雨量大部地区在100 mm以上，局地200～250 mm；日最大雨量局地100～200 mm（
图5a）。受“奥鹿”影响，菲律宾北部、中国华南沿海、越南北部、老挝中部、泰国中北部等地大部地区累计雨量超过100 mm，局地超过150 mm；其中广东西南部沿海局地超过350 mm；日最大雨量局地为100～200 mm（
图5b）。“伊恩”给古巴中南部、美国佛罗里达州和大西洋沿岸平原地区等地造成的累计雨量大部地区在100 mm以上；其中，佛罗里达州北部、古巴中南部大部分地区累计降水量超过200 mm，局地超过350 mm；佛罗里达州北部日雨量大部分地区为100～200 mm，局地接近300 mm（
图5c）。
4.2 环流形势分析
图6显示了降雨最强时段对应的500 hPa位势高度场、风场和200 hPa急流的位置。由
图6a、c可知，北上TC“轩岚诺”和“伊恩”都迫使副高断裂，分为陆地和海上两部分，当TC移到30°N附近时，与高空槽相遇，高空槽内有冷涡发展东移，冷涡垂直厚度大，从近地面层达到200 hPa；之后，在高空槽前和副高之间西南气流引导下，TC转向东北方向；200 hPa上TC位于高空急流右后方的辐散场中，当TC移近高空急流时，强度快速减弱。在TC与副高之间以及冷涡与副高之间存在低空急流。
图6b中西行TC“奥鹿”则是在副高南侧偏东气流引导下，以西行为主，高空急流位于35°N附近；TC与副高之间也有低空急流活动。对于北上TC“轩岚诺”和“伊恩”，在与中纬度高空槽相互作用的过程中经历变性过程，高空槽后冷空气与台风携带的暖湿气流的强烈交汇，对暴雨的增强起到重要作用；高低空急流的耦合作用，有利于中低空大气上升运动的增强，为暴雨的发展增强提供很好的动力抬升条件。对于西行TC“奥鹿”，暴雨主要是由台风本体产生。
4.3 水汽输送特点
由降水最强阶段整层水汽通量和850 hPa水汽通量散度及风场分布（
图7）可知，TC移动方向的左右两侧都有低空急流存在，强降水主要发生在TC右侧低空急流的左前方，低空急流为暴雨增强提供充沛的水汽和能量。“轩岚诺”周围的水汽输送通道有3条（
图7a），分别为印度洋北部—南海、菲律宾东部和日本东南部的太平洋洋面，在朝鲜、韩国和俄罗斯滨海边疆区沿海的暴雨区域水汽辐合强度达到20×10
-7～30×10
-7 kg·m
-2·s
-1·hPa
-1。在“奥鹿”周围也有3条水汽输送带（
图7b），分别为北印度洋—南海、南印度洋北部和菲律宾东部太平洋洋面，在中国华南沿海、越南北部、老挝中部等暴雨区的水汽辐合强度达到10×10
-7～20×10
-7 kg·m
-2·s
-1·hPa
-1。“伊恩”周围的水汽来源于墨西哥湾、东太平洋和大西洋（
图7c），虽然水汽输送强度比“轩岚诺”和“奥鹿”弱很多，但是在“伊恩”东部的古巴、美国佛罗里达州和大西洋沿岸平原地区水汽辐合强度很大，达到10×10
-7～20×10
-7 kg·m
-2·s
-1·hPa
-1，说明动力条件非常有利，高空急流的位置和强度可能起到重大作用（
图6c）。不同地区水汽输送和辐合受海陆地形、TC位置和副高位置影响较大，在3个TC移动路径的右侧水汽输送强度明显大于左侧，水汽辐合强度和暴雨强度也是右侧强。
4.4 大气层结特征
图8强降水区域的假相当位温（
θse）、垂直速度和水平风场的纬向垂直剖面，在“轩岚诺”（
图8a）造成的强降水区域850 hPa以下层为低
θse的相对干冷空气；850～700 hPa为高
θse的暖湿气流，整层偏南风速很大，风速超过33 m·s
-1，表明水汽和能量输送较强，在600 hPa有一个中心为348 K的低
θse干冷空气侵入到强降水上空，导致850～600 hPa形成位势不稳定层结，有利于降水强度的增强。而对于“奥鹿”（
图8b）和“伊恩”（
图8c），其位势不稳定区域位于强降水区的东侧，而强降水区域附近整层大气则接近中性层结，但强降水中心的动力条件明显强于两侧，因此，动力作用在强降水过程中起到主导作用。3个TC强降水区的垂直上升运动都很强，从近地面垂直伸展到对流层顶，850～600 hPa有垂直速度负值中心，为-5 Pa·s
-1以下。“轩岚诺”的强降水主要发生在位势不稳定区域；“奥鹿”和“伊恩”的强降水则发生在位势不稳定区域西侧的近中性层结大气中，
θse垂直结构差异较大。
综上，对于北上的TC“轩岚诺”和“伊恩”，冷暖空气交汇使降水强度显著增大；西行的TC“奥鹿”造成的降水主要是由台风本体产生，冷空气作用不明显。“轩岚诺”和“奥鹿”周围的水汽输送强；“伊恩”周围水汽输送相对弱些，可能在“伊恩”活动期间，美国西南部沿海和东南部大西洋上还有TC活动，阻碍了一部分水汽输送。
5 结论
（1）2022年9—11月全球陆地上降水量呈现不均匀分布。西半球大部分地区降水量偏少，仅在南美洲东部沿海和美国西南部沿海的部分地区降水偏多。东半球大部分地区降水量接近常年同期或略偏多，且局部地区表现出极端性。陆地上北美洲中北部、南美洲南部、欧洲西南部、非洲中部、亚洲中纬度地区最高气温较常年同期显著偏高，而最低气温除了欧洲、亚洲西部、格陵兰岛较常年同期显著偏高外，其他大部分地区明显偏低。
（2）2022年北半球秋季出现了极端性灾害性天气。9月—10月中旬，东亚东南部和北美中西部经历了历史上少见的大范围持续性高温少雨天气。极涡位置偏北，冷空气势力偏弱，西太平洋副高偏西、偏北、强度偏强，欧洲西部、北美洲西部高压脊偏强。11月欧洲西部伸向格陵兰岛的脊偏强，欧洲东部至中亚高空槽增强，导致冷空气在亚洲北部积聚，强度增强，中亚东部、东亚以及西伯利亚出现了极端寒潮天气。与北半球相比，南半球的极涡更强，围绕极涡的西风明显偏北，等高线密集度更高。
（3）2022年北半球TC较常年同期偏多，登陆TC给陆地带来了严重影响。不同区域的TC造成的降水强度存在差异，与水汽输送和辐合程度明显相关；TC移动的右侧水汽输送强度明显大于左侧，水汽辐合强度也是右侧较强。
对于全球极端性、灾害性天气形成机理的深入研究将是未来工作的重点，以后将更全面地分析和揭示全球天气及影响系统的发展及其相互联系，为提升全球天气预报提供参考依据。
京公网安备11010202008535号
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