2022年夏季中国高温干旱气候特征及成因探讨_孙博

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2023年第46卷第1期:1-8专刊http://dqkxxb．cnjournals．org2022年夏季中国高温干旱气候特征及成因探讨①②③①②③*①②③①②③①①孙博，王会军，黄艳艳，尹志聪，周波涛，段明铿①南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏南京210044;②南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东珠海519080;③中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心，北京100029*联系人，E-mail:hjwang@nuist．edu．cn2022-09-16收稿，2022-10-07接受国家基础科学中心项目(42088101)摘要2022年夏季，中国中东部发生了极端高温干旱气候异常，给经济、农业、人民生关键词活造成了严重影响。本文回顾了此次高温干旱气候异常的时空特征，分析了其主要成高温干旱;因。2022年夏季，中国中东部区域平均的极端高温频次、日最高温度平均值、高温日数极端事件;等指标均达到了1979年以来的最大值，区域平均降水则达到了1979年以来的最低值。西太副高;此次气候异常主要是由于夏季中国中东部受强大的高压系统控制，与偏强的西太副高、西风带;中纬度的西风带扰动以及热带海温的影响有关。此外，本文探讨了全球增暖趋势对极海温;端高温事件增多的影响，以及未来中国地区高温和干旱事件的可能变化。全球变暖2022年夏季，全球大范围创下高温记录，中国、极端气候事件与诸多影响因素有关，包括大气美国等大多数北半球国家出现了40℃以上极端高环流的内部变率(如西太副高和中纬度西风带的变温，多地最高气温突破历史极值。2022年6月13异)、多圈层相互作用(如热带海-气相互作用和北日—8月30日，我国中东部出现自1961年有完整极冰-气相互作用)等(Zhuetal．，2020a，2020b，气象观测记录以来综合强度最强的高温过程，高温2022)。而且，这些因素可能具有不同的时间尺度，持续时间长，极端性强。7—8月，长江中下游及川包括年际、年代际甚至更长时间尺度的信号(Mal-渝地区夏伏旱影响范围广、强度大(http://www．lapaty，2022)。cma．gov．cn/2011xwzx/2011xqxkj/2011xkjdt/因此，为了深入理解中国地区的高温干旱气候，202209/t20220927_5106189．html)。本文将回顾2022年夏季中国高温干旱气候的时空上述高温干旱气候给经济、农业、人体健康以及特征，分析本次高温干旱气候的主要成因，并探讨未人民生活造成了严重影响(https://www．mem．gov．来中国地区高温干旱气候的可能变化。cn/xw/yjglbgzdt/202209/t20220917_422674．shtml)。12022年夏季中国东部高温干旱事四川地区遭遇了大范围长时间的高温干旱天气，水电件的时空特征大幅减发，8月天然来水电量由同期约9亿千瓦时下降至约4.5亿千瓦时，减幅达50%。重庆等地出现了2022年6—8月，中国中东部地区(100°～40℃以上极端高温，引发了多处森林火灾，造成大量123°E，24°～36°N)极端高温事件频次明显偏多(图人员转移安置。极端干旱导致中国最大淡水湖鄱阳1a)，日最高温度平均值相比往年明显偏高(图1b)，湖的水位6—8月下降了近10m。此外，持续的高温且日最高气温超过35℃的高温日数明显偏多(图导致浙江、四川、河南等地多人确诊热射病，引起了社1c)，长江中下游流域最为显著。1979年以来，中国会的广泛关注。中东部区域平均的夏季极端高温事件频次、日最高引用格式:孙博，王会军，黄艳艳，等，2023．2022年夏季中国高温干旱气候特征及成因探讨［J］．大气科学学报，46(1):1-8．SunB，WangHJ，HuangYY，etal．，2023．Characteristicsandcausesofthehot-dryclimateanomaliesinChinaduringsummerof2022［J］．TransAtmosSci，46(1):1-8．doi:10.13878/j．cnki．dqkxxb．20220916003．(inChinese)．

12023年1月第46卷第1期图12022年6—8月极端高温频次距平的空间分布(a;单位:d)、日最高温度平均值距平的空间分布(b;单位:℃)和高温日数距平的空间分布(c;单位:d);1979—2022年6—8月中国中东部区域平均的极端高温频次(次;单位:d)、日最高温度平均值(e;单位:℃)和高温日数(f;单位:d)时间序列;(d)(e)(f)中红线表示线性趋势，*表示趋势通过99%的置信度检验，灰色水平线表示气候态Fig．1Anomaliesof(a)extremehightemperaturefrequency(unit:d)，(b)monthlymeandailymaximumtemperature(u-nit:℃)，and(c)hightemperaturedays(unit:d)duringJune-July-August2022relativetothesummerclimatologyfrom1979—2022;Timeseriesof(d)arealmeanextremehightemperaturefrequency(unit:d)，(e)monthlymeandailymax-imumtemperature(unit:℃)，and(f)hightemperaturedays(unit:d)overcentral-easternChinaduringJune-July-Augustfrom1979—2022;In(d)(e)(f)，theredlinedenoteslineartrend，the*denotesthetrendsignificantatthe99%confidencelevel，thehorizontalgraylinedenotesclimatology温度平均值以及高温日数呈显著增加趋势，并伴随32.2℃;区域平均的高温日数达到了31.0d，远多着年际变化(图1d—f)。极端高温事件频次的增加于气候态的13.1d。上述结果表明2022年夏季中趋势为1.6次/(10a)，日最高温度平均值的增加趋国中东部的高温事件具有较强的极端性。势为0.3℃/(10a)，高温日数的增加趋势为2.42022年6月，华北和西北地区的极端高温事件d/(10a)，均通过了99%置信度显著性检验。2022频次、日最高温度平均值、高温日数相比气候态偏年夏季，上述指标均达到1979年以来的最高值。区多/大，但长江以南地区大部分站点的上述指标没有域平均的极端高温频次达到了22次，远高于气候态显著异常。7月，中国中东部大部分站点的极端高的4.3次;区域平均的日最高温度平均值达到了温事件明显偏多，区域平均的极端高温事件频次、日2

2孙博，等:2022年夏季中国高温干旱气候特征及成因探讨专刊最高温度平均值以及高温日数均达到或接近1979别达到了1979年以来的最低值和最高值。年以来的最高值。8月，中国中东部绝大部分站点总的来说，2022年8月中国中东部的高温干旱的极端高温事件频次、日最高温度平均值、高温日数气候异常最为严重，69.3%站点的极端高温频次达明显偏多/大，以长江中下游流域最为严重，区域平到了1979年以来的最高值，6.9%站点的降水量达均的上述指标远远超过了1979年以来的其他年份。到了1979年以来的最低值。在降水方面，2022年6—8月，中国中东部大部2成因分析分站点降水量偏少(图2a)，且无雨日数偏多(图2b)。1979年以来，中国中东部区域平均的夏季降2.1西太副高的影响水量(图2c)和无雨日数(图2d)均表现出了较明显西北太平洋副热带高压(西太副高)是位于西的年际和年代际变化，长期变化趋势不明显。2022北太平洋地区对流层中下层的永久性高压系统，主年夏季，中国中东部区域平均的累计降水量达到了要呈现为东西扁长形，是影响中国夏季气候最重要，1979年以来的最低值421.2mm，低于2013年夏季也是最直接的大气环流系统之一(陶诗言，1963;南方旱灾期间的434.1mm。区域平均的无雨日数Huangetal．，2018;Guanetal．，2019)。作为强大的达到了1979年以来的第二高值57d，略低于2013高压系统，西太副高的主要控制区域为下沉运动，以年的58d。晴好天气为主;而其外缘西侧以偏南风为主，可以源2022年6月和7月，江淮流域大部分站点降水源不断地为我国输送大量的水汽，在与北来的冷空偏少、无雨日数偏多，东南沿海地区降水偏多、无雨气交汇时，容易形成大范围的阴雨天气(Lu，2004;日数偏少。8月，中国中东部的降水明显偏少且无LuandLin，2009;Huangetal．2015)。因此，异常的雨日数明显偏多，区域平均的降水量和无雨日数分副高可以导致中国不同地区极端高温、干旱或者洪图22022年6—8月降水距平的空间分布(a;单位:mm/d)、无雨日数距平的空间(b;单位:d);1979—2022年6—8月中东部区域平均的降水(c;单位:mm/d)和无雨日数(d;单位:d)的时间序列;(c)(d)中红线表示线性趋势，灰色水平线表示气候态Fig．2Anomaliesof(a)monthlymeanprecipitation(unit:mm/d)，and(b)noraindays(unit:d)duringJune-July-August2022withrespecttothesummerclimatologyfrom1979—2022;Timeseriesof(c)arealmeanmonthlymeanprecipitation(unit:mm/d)，and(d)noraindays(unit:d)overcentral-easternChinaduringJune-July-Augustfrom1979—2022;In(c)(d)，theredlinedenoteslineartrend，thehorizontalgraylinedenotestheclimatology3

32023年1月第46卷第1期涝等灾害的发生发展。如2013年夏季西太副高的2.2中高纬大气环流的影响异常西伸导致长江流域被下沉运动控制，造成了该2022年夏季，亚欧大陆中高纬的大气环流也表地区严重的高温干旱气候异常(王文等，2017)。现出了较为明显的异常，是引起东亚气候异常的另从气候态来看，夏季西太副高的主要范围位于一个重要因素。6月，乌拉尔山和西西伯利亚的500北太平洋西部，6月其脊点约位于20°N，并于7月hPa位势高度为负异常，下游的东西伯利亚、中国西北抬至25°N左右，8月略有北移同时伴随着东退，北及华北地区500hPa位势高度为正异常(图3a)。与中国东部雨带的移动相一致。2022年6月，西太这些异常引起中国西北及华北上空出现较强的高压副高的强度和范围与气候态基本一致(图3a)，来自脊，对流活动减弱(图3d)，从而导致西北和华北地热带海洋的水汽沿其西北侧进入华南地区。此时，区的极端高温事件增多。华南地区被低压所控制，对流活动偏强(图3d)，导7月，位于西西伯利亚的低压异常和位于东西致华南降水偏多。7月，西太副高开始增强并向西伯利亚的高压异常进一步东移并且加强(图3b)。北方向延伸，西伸脊点比气候态偏西约10°左右。喀拉海上空的高压异常、西西伯利亚上空的低压异此时的华南和长江流域被异常高压控制(图3b)，对常、东西伯利亚和东亚中纬度地区上空的高压异常流活动减弱(图3e)，为7月中国中东部的高温干旱呈现出“+－+”空间型的大气波列。诸多研究已表天气提供了有利条件。8月，西太副高不但没有东明，北极和亚欧大陆高纬地区的大气环流异常可通退，反而继续增强和西伸，其西伸脊点甚至移动至青过西北-东南方向传播的罗斯贝波影响东亚中低纬藏高原西部，比气候态偏西约50°(图3c)。中国中地区的大气环流(李惠心等，2021;Lietal．，2022;东部受极强的异常高压控制(图3c)，对流活动显著Sunetal．，2022)。因此，上述“+－+”型大气波列对偏弱(图3f)，导致8月中国中东部发生了极为严重7月中国中东部的高压异常具有重要作用，是中国的高温干旱天气。中东部极端高温事件增多的原因之一。因此，2022年夏季偏强的西太副高是中国中东8月，原先位于西西伯利亚的低压异常进一步部高温干旱气候异常的重要原因。尤其是8月极端东移并增强，控制了西伯利亚大部分地区(图3c)。异常的西太副高，是此次高温干旱气候异常诸多指原先位于东西伯利亚的高压异常东移至北太平洋，标突破历史极值的关键因素。引起北太平洋副热带高压进一步增强(图3c)。乌拉尔山高压异常、西伯利亚低压异常、北太平洋和东图32022年6月(a、d)、7月(b、e)和8月(c、f)的500hPa位势高度距平(a、b、c;阴影;单位:gpm)和大气层顶向外长波2辐射距平(OLＲ;d、e、f;阴影;单位:W/m);其中红色实线为2022年不同月份的5880gpm等值线，黑色实线为1979—2022年气候态的5880gpm等值线。距平超过1个标准差的区域用灰色网格线覆盖Fig．3Anomaliesof(a，b，c)500hPageopotentialheight(colorshading;unit:gpm)，and(d，e，f)outgoinglongwave2radiation(OLＲ)(colorshading;unit:W/m)during(a，d)June，(b，e)July，and(c，f)August2022．Ｒedcontoursdenotethemonthly5880gpmisolinesfor2022，blackcontoursdenotethemonthlyclimatic5880gpmisolinesfrom1979—2022，andmeshlinesdenotewherethemagnitudeofanomaliesexceedastandarddeviation4

4孙博，等:2022年夏季中国高温干旱气候特征及成因探讨专刊亚中纬度高压异常呈现出“+－+”型的大气波列，是五年处于负位相(图4c)。观测数据和数值模拟结8月中国中东部高压异常和高温干旱气候异常的重果表明，当PDO处于负位相时，会在南海和菲律宾要影响因素。海引起气旋异常，并在其北侧的东亚中纬度地区引上述中高纬大气环流异常与北极气候异常和中起反气旋异常，导致中国东部和南方地区产生下沉纬度西风带异常紧密相联。2022年夏季，北极喀拉运动异常和水汽辐散异常，为2022年夏季中国中东海-巴伦支海区域受异常高压控制，气温偏高。亚欧部的高温干旱天气提供了有利的年代际气候背景大陆中纬度地区与北极地区之间的经向温度梯度减(Zhuetal．，2020b)。弱，引起亚欧大陆高空西风急流经向扰动增加，是62.4全球变暖趋势的影响月中国西北-华北地区的高压脊和7、8月中高纬的IPCC第六次评估报告表明，与工业革命前水平相“+－+”型大气波列的重要原因。北极喀拉海-巴伦比，全球平均表面气温增幅已经达到了1℃左右支海区域偏暖可能与前期春季海冰偏少有关，同时(IPCC，2021)。近几十年，全球表面气温迅速增加，北可能受LaNiña型海温异常与北极气候之间的遥相半球中高纬地区增温尤其明显。1979年至今，中国大关作用影响(Sunetal．，2019a;孙博等，2020)。部分地区增温趋势达到或超过了0.2℃/(10a)，北方2.3热带海温的影响地区增温比南方地区更加明显(图5a—b)。《中国气2022年1—8月，热带太平洋呈现明显的La候变化蓝皮书(2022)》显示，1951年至今，中国区域Niña型海温异常。6—8月，热带中太平洋海温偏冷，平均的表面温度增加趋势为0.26℃/(10a)，高于全热带海洋性大陆附近的海温偏暖(图4a)。上述海温球平均水平，表明中国地区是全球变暖背景下的气候异常引起夏季沃克环流增强，热带海洋性大陆上空的变化敏感区。此外，欧洲和北美中纬度地区的增温趋对流活动增强，从而激发向北传播的罗斯贝波，在西势也十分显著，为近些年欧洲和北美地区频繁发生极北太平洋引起下沉运动异常和反气旋异常(图4b;端高温热浪事件提供了重要气候条件。Nitta，1987;Huang，1992)。因此，2022年夏季热带太1979年以后，中国中东部地区气温迅速增加。平洋海温异常对西太副高增强和中国中东部的高温区域平均的年平均气温增长趋势为0.26℃/(10a)干旱气候也有贡献。这体现了在年际尺度上ENSO(图5c)，夏季平均气温增长趋势为0.19℃/(10a)对中国夏季高温干旱气候异常的重要意义。(图5d)，均通过了95%置信度显著性检验。但是，值得注意的是，ENSO对东亚夏季气候的近几十年的全球变暖趋势，尤其是中国地区的影响是复杂的、不稳定的。一般来说，冬季热带太平显著增温趋势，是2022年夏季中国中东部极端高温洋呈现ElNiño(LaNiña)型海温异常，西北太平洋多天气的重要气候背景。出现反气旋(气旋)异常，即太平洋-东亚(PEA)遥相关(Wangetal．，2000)。次年夏季，ElNiño(LaNiña)3未来变化型海温异常衰退，但热带印度洋海温异常会明显偏暖随着全球变暖加剧，未来中国地区的极端高温(冷)，可通过激发东传的开尔文波以及埃克曼辐散事件将显著增加。过去50年一遇的高温热浪会成机制维持并增强西北太平洋的反气旋(气旋)异常为10年一遇的事件，变得更为频繁。IPCC第六次(Wuetal．，2009;Xieetal．，2016;Sunetal．，2019b)。评估报告指出，将全球增温幅度控制在1.5℃以内，在全球变暖背景下，ENSO与东亚大气环流的关将有利于减小全球极端高温等极端事件的强度和频系发生了变化。近期一些年份，在LaNiña型海温异次，降低这些极端事件的负面影响。控制全球增暖常条件下，西北太平洋也会出现反气旋异常，这与ENSO影响东亚大气环流的三种不同机制有关(Sun在1.5℃，将令中国极端高温事件的增幅减少etal．，2019a;孙博等，2020)。这三种机制包括太平36%～87%(Zhangetal．，2021)。洋-东亚遥相关、北太平洋-东亚遥相关以及环北半球在干旱方面，CMIP6模式显示未来中国中东部遥相关，后两种机制与太平洋-东亚遥相关所起的作地区的气象干旱强度将显著增加(Ukkolaetal．，用相反。在20世纪80年代之前，ENSO主要通过太2020)。最近研究结果(Xueetal．，2023)表明，随着全平洋-东亚遥相关机制影响东亚大气环流。近期，后球气候变暖，未来中国地区的干旱会加剧。21世纪两种机制的作用增强，导致ENSO对东亚大气环流影中期，中国西北将出现更频繁的气象干旱和水文干响的不稳定性增加(Sunetal．，2019a)。旱，中国中部的农业干旱增多，但干旱的持续时间及在年代际尺度上，太平洋年代际涛动(PDO)近强度变化不明显。21世纪后期，中国西北会发生持5

52023年1月第46卷第1期2图42022年6—8月平均的海温距平(a;单位:℃)、850hPa风场距平(箭矢;单位:m/s)和OLＲ距平(阴影;单位:W/m)(b)，其中打点区域表示距平超过1个标准差;以及1961—2022年夏季PDO指数的原始时间序列(黑线)和5a滑动平均时间序列(红线)(c);*表示趋势通过95%置信度检验Fig．4(a)Anomaliesofseasurfacetemperature(unit:℃)，(b)Anomaliesof850hPawind(vector;unit;m/s)andOLＲ2(colorshading;unit:W/m)，withstipplingdenotingwheretheanomaliesexceedastandarddeviation，and(c)Timese-riesofmonthlymeanPDOindexduringJune-July-Augustfrom1961—2022．Blackandredlinesdenotetheoriginalandfive-yearrunningmeantimeseries，respectively;The*denotesthetrendsignificantatthe95%confidencelevel续时间更长且强度更大的气象干旱和水文干旱。从和水文干旱事件将会更加持续且严重，持续时间且21世纪中期到后期，中国西北地区发生的气象干旱强度更大的农业干旱事件也会从西北延伸至南方。参考文献(Ｒeferences)GuanWN，HuHB，ＲenXJ，etal．，2019．SubseasonalzonalvariabilityofthewesternPacificsubtropicalhighinsummer:climateimpactsandunderly-ingmechanisms［J］．ClimateDyn，53(5):3325-3344．doi:10.1007/s00382-019-04705-4．HuangＲH，1992．TheEastAsia/PacificpatternteleconnectionofsummercirculationandclimateanomalyinEastAsia［J］．ActaMeteorolSin，6(1):6

6孙博，等:2022年夏季中国高温干旱气候特征及成因探讨专刊图51979—2021年全球年平均气温(a)和夏季平均气温变化趋势空间分布(b;单位:℃/(10a))，其中打点区域表示通过95%置信度显著性检验;1901—2021年中国中东部区域年平均气温(c)和夏季平均气温时间序列(d;单位:℃)，其中灰色水平线表示气候态，红线表示1979—2021年的线性趋势Fig．5Trendof(a)annualmean，and(b)summermeansurfacetemperatureovergloballandareasfrom1979—2021(u-nit:℃)，withstipplingdenotingwherethetrendissignificantatthe95%confidencelevel．Timeseriesof(c)arealmeanannualmean，and(d)summermeansurfacetemperatureovercentral-easternChinafrom1901—2021(unit:℃)，withredlinedenotingthelineartrendduring1979—202125-37．HuangYY，WangHJ，FanK，etal．，2015．ThewesternPacificsubtropicalhighafterthe1970s:westwardoreastwardshift?［J］．ClimateDyn，44(7):2035-2047．doi:10.1007/s00382-014-2194-5．HuangYY，WangB，LiXF，etal．，2018．ChangesintheinfluenceofthewesternPacificsubtropicalhighonAsiansummermonsoonrainfallinthelate1990s［J］．ClimateDyn，51(1):443-455．doi:10.1007/s00382-017-3933-1．IPCC，2021．Climatechange2021:thephysicalsciencebasis［M］//ContributionofWorkingGroupItotheSixthAssessmentＲeportoftheIntergovern-mentalPanelonClimateChange．Cambridge，UnitedKingdomandNewYork，NY，USA:CambridgeUniversityPress，．doi:10.1017/9781009157896．李惠心，孙博，周波涛，等，2021.3月巴伦支海海冰对中国东部8月气温偶极子型的影响及机制研究［J］．大气科学学报，44(1):89-103．LiHX，SunB，ZhouBT，etal．，2021．EffectoftheBarentsSeaiceinMarchonthedipolepatternofairtemperatureinAugustinEasternChinaandthecorrespondingphysicalmechanisms［J］．TransAtmosSci，44(1):89-103．doi:10.13878/j．cnki．dqkxxb．20201013001．(inChinese)．LiH，SunB，WangHJ，etal．，2022．Jointeffectsofthreeoceansonthe2020superMeiyu［J］．AtmosOceanSciLett，15(1):100127．doi:10.1016/j．aosl．2021.100127．LuＲY，2004．AssociationsamongthecomponentsoftheEastAsiansummermonsoonsysteminthemeridionaldirection［J］．JMeteorSocJapan，82(1):155-165．doi:10.2151/jmsj．82.155．LuＲY，LinZD，2009．ＲoleofsubtropicalprecipitationanomaliesinmaintainingthesummertimemeridionalteleconnectionoverthewesternNorthPa-cificandEastAsia［J］．JClimate，22(8):2058-2072．doi:10.1175/2008jcli2444.1．MallapatyS，2022．China＇sextremeweatherchallengesscientiststryingtostudyit［J］．Nature，609(7929):888．doi:10.1038/d41586-022-02954-8．NittaT，1987．ConvectiveactivitiesinthetropicalwesternPacificandtheirimpactontheNorthernHemispheresummercirculation［J］．JMeteorSocJa-pan，65(3):373-390．doi:10.2151/jmsj1965.65.3_373．SunB，WangHJ，ZhouBT，2019a．InterdecadalvariationoftherelationshipbetweenEastAsianwatervaportransportandtropicalPacificseasurfacetemperaturesduringJanuaryandassociatedmechanisms［J］．JClimate，32(21):7575-7594．doi:10.1175/jcli-d-19-0290.1．SunB，LiHX，ZhouBT，2019b．InterdecadalvariationofIndianOceanBasinmodeandtheimpactonAsiansummerclimate［J］．GeophysＲesLett，46(21):12388-12397．doi:10.1029/2019gl085019．SunB，WangHJ，LiHX，etal．，2022．Along-lastingprecipitationdeficitinSouthChinaduringautumn-winter2020/2021:combinedeffectofENSOandArcticseaice［J］．JGＲAtmospheres，127(6):e2021JD035584．doi:10.1029/2021jd035584．孙博，王会军，周波涛，等，2020．中国水汽输送年际和年代际变化研究进展［J］．水科学进展，31(5):644-653．SunB，WangHJ，ZhouBT，etal．，2020．AreviewontheinterannualandinterdecadalvariationsofwatervaportransportoverChinaduringpastdecades［J］．AdvWaterSci，31(5):644-653．doi:10.14042/j．cnki．32.1309.2020.05.002．(inChinese)．陶诗言，1963．中国夏季副热带天气系统若干问题的研究［M］．北京:科学出版社．TaoSY，1963．ＲesearchonsomeproblemsofChina＇ssummer7

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