章大全 袁 媛 韓榮青

1 國家氣候中心，中國氣象局氣候研究開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081 2 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044

提 要： 2022年夏季我國氣候異常特征突出，區(qū)域性、階段性旱澇災(zāi)害明顯，降水空間差異顯著。利用觀測資料和再分析數(shù)據(jù)，基于合成和相關(guān)分析等方法，總結(jié)和探討東亞夏季風(fēng)和我國氣候異常特征及可能成因。結(jié)果表明：2022年東亞夏季風(fēng)季節(jié)進(jìn)程總體提前，南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏早，華南前汛期、西南雨季、江南和長江中下游梅雨、華北和東北雨季開始均較常年偏早。2022年夏季我國氣候總體溫高雨少，全國平均氣溫為1961年以來歷史同期最高，全國平均降水量為歷史同期第二少，盛夏長江流域發(fā)生破紀(jì)錄的高溫伏旱。夏季降水異常的階段性特征顯著，6月上中旬主雨帶位于華南，6月下旬至8月，隨西太平洋副熱帶高壓明顯北跳，多雨區(qū)北移至華北、黃淮、東北、西北地區(qū)東部等地，我國東部地區(qū)降水呈“北多南少”分布。2022年夏季氣候異常與海溫等外強(qiáng)迫因子密切相關(guān)。事件在春季再次發(fā)展，赤道中太平洋冷海溫加強(qiáng)和海洋性大陸上空對(duì)流活躍，熱帶印度洋偶極子負(fù)位相異常偏強(qiáng)，黑潮及延伸區(qū)海溫偏暖，導(dǎo)致西太平洋副熱帶高壓加強(qiáng)西伸和北抬，對(duì)夏季主雨帶位置偏北和長江流域持續(xù)性異常高溫天氣起到重要作用。

引 言

中國地處東亞季風(fēng)區(qū)，氣候復(fù)雜多變，是世界上自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。統(tǒng)計(jì)顯示，在中國所有自然災(zāi)害導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失中，氣象災(zāi)害占七成以上(丁一匯，2013)。隨著全球變暖的加劇，中國的氣象災(zāi)害呈明顯上升趨勢(Allan et al,2021)。另一方面，伴隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，氣象災(zāi)害造成的損失也越來越大。因此，認(rèn)識(shí)和理解氣候異常成因，提升短期氣候預(yù)測準(zhǔn)確率，對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

每年夏季(6—8月)是中國的主汛期，也是各流域防汛抗旱的關(guān)鍵時(shí)段。中國夏季天氣氣候受到多因子的影響和控制，既有太平洋、印度洋和大西洋海溫異常，青藏高原和歐亞積雪分布，南北極海冰以及土壤濕度等外強(qiáng)迫信號(hào)，也包括西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱西太副高)、南亞高壓、西風(fēng)急流、歐亞中高緯度槽脊活動(dòng)等大氣環(huán)流因子。每年夏季氣候異常往往是多因子協(xié)同作用的結(jié)果，并且不同影響因子之間存在復(fù)雜的相互作用和聯(lián)系。另一方面，外強(qiáng)迫信號(hào)自身及其對(duì)我國天氣氣候的影響存在顯著的年代際變化。例如，作為季節(jié)到年際尺度熱帶海氣系統(tǒng)的最強(qiáng)信號(hào)，20世紀(jì)以來,ENSO的海溫分布形態(tài)、觸發(fā)機(jī)制、演變規(guī)律和氣候影響均發(fā)生了明顯變化(Ashok et al,2007;Yuan and Yang,2012;Yuan et al,2012;Hu et al,2020;Ding et al,2022)，這給我們認(rèn)識(shí)其發(fā)生發(fā)展規(guī)律和氣候影響提出了新的挑戰(zhàn)。因此，加強(qiáng)對(duì)夏季重大氣候異常事件的成因診斷分析，明確外強(qiáng)迫因子和大氣內(nèi)部動(dòng)力過程對(duì)氣候異常的影響(鄭志海和王永光，2018；顧薇和陳麗娟，2019；丁婷和高輝，2020；劉蕓蕓等，2021；趙俊虎等，2022)，對(duì)于提升短期氣候預(yù)測準(zhǔn)確率有重要作用。

2022年夏季中國氣候總體“溫高雨少”，旱澇分布空間差異明顯，主要多雨區(qū)在中國北方，遼河和海河流域降水量明顯偏多，而太湖和長江流域明顯偏少。本文回顧了2022年夏季降水異常分布、東部雨季季節(jié)進(jìn)程、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)和極端高溫事件特征，從東亞夏季風(fēng)主要環(huán)流系統(tǒng)的季節(jié)和次季節(jié)尺度演變特征，以及海溫等外強(qiáng)迫因子的角度進(jìn)行成因分析，以期加深對(duì)2022年夏季氣候異常機(jī)理的理解，為汛期氣候預(yù)測提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

本文使用的資料包括中國氣象局國家氣象信息中心整編發(fā)布的“中國地面氣象要素日值數(shù)據(jù)集(V3.0)”，包括中國2474個(gè)基本、基準(zhǔn)氣象站、一般氣象站1951年1月以來的逐日氣溫和降水量觀測資料(任芝花等，2012)。美國氣候預(yù)測中心(CPC)發(fā)布的全球器測降水逐日分析數(shù)據(jù)(V1.0)(Xie et al，2007；Chen et al，2008)。美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)和國家大氣研究中心(NCAR)發(fā)布的大氣再分析資料(Kalnay et al，1996)，水平分辨率為2.5°×2.5°。美國國家海洋與大氣局(NOAA)發(fā)布的全球最優(yōu)插值逐月海溫資料(Reynolds et al，2007)，水平分辨率為2°×2°。其中大氣再分析資料長度為1948年1月至2022年8月，海溫資料長度為1981年12月至2022年8月。

本文中西太副高指數(shù)采用劉蕓蕓等(2012)定義的指標(biāo)，南亞高壓指數(shù)采用張瓊等(2000)定義的指標(biāo)。文中部分圖形和環(huán)流指數(shù)由國家氣候中心開發(fā)的“氣象災(zāi)害影響評(píng)估系統(tǒng)”和“氣候與氣候變化監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)”生成。本文中冬季指上一年12月至當(dāng)年2月，春季為3—5月，夏季為6—8月。氣候常年值為1991—2020年的平均值。

2 2022年夏季中國氣候異常特征

2.1 降水異常和流域汛情

2022年夏季全國平均降水量為290.6 mm，較常年同期(331.5 mm)偏少12.3%，為1961年以來歷史同期第二少，僅多于1972年的269.1 mm(圖1a)。我國中東部降水總體呈“北多南少”分布(圖1b)，除東北中南部、華北中部、華東北部、西北地區(qū)東部、華南東部、新疆西部、西藏西部等地降水偏多2成至1倍外，全國其余大部地區(qū)降水量較常年同期偏少或接近常年，其中新疆東部、甘肅西部、內(nèi)蒙古西部、西藏中部、四川東南部和重慶西部等地偏少5～8成，新疆東部局部偏少8成以上。吉林降水量為歷史最多，四川和西藏為歷史最少，重慶為第二少。全國共有219個(gè)國家氣象站(占全國總站數(shù)9.0%)日降水量達(dá)到極端事件標(biāo)準(zhǔn)，其中河北任縣(298.7 mm)、甘肅榆中(130.6 mm)等45個(gè)站日降水量突破歷史極值。

圖1 (a)1961—2022年夏季全國平均降水量歷年序列和(b)2022年夏季全國降水量距平百分率分布Fig.1 (a) Time series of the averaged summer precipitation in China during 1961-2022, and (b) distribution of precipitation anomaly percentage in summer 2022

從各大流域來看，遼河流域(519.1 mm)降水量較常年同期偏多37.6%，為1961年以來歷史同期第四多；海河流域(436.6 mm)降水量較常年同期偏多30.5%；黃河流域(306.2 mm)、松花江流域(389.8 mm)和淮河流域(492.2 mm)分別偏多19.9%、13.1%和7.3%；長江流域(358.9 mm)降水量較常年同期偏少32.5%，為1961年以來歷史同期最少；太湖流域(296.8 mm)降水量較常年同期偏少47.3%，為歷史同期第四少；珠江流域降水量(742.2 mm)接近常年同期(崔童等，2022)。

2.2 東亞夏季風(fēng)和我國東部雨季進(jìn)程

2022年，東亞夏季風(fēng)的建立和我國東部雨季的季節(jié)進(jìn)程總體偏早。南海夏季風(fēng)于5月第3候爆發(fā)，較常年(5月第4候)略偏早。如表1所示，華南前汛期于3月24日開始，較常年(4月9日)偏早16 d；6月22日結(jié)束，較常年(7月4日)偏早12 d；雨量為856 mm，較常年偏多19.1%。江南地區(qū)于5月29日入梅，較常年偏早11 d；于7月8日出梅，較常年偏早3 d；梅雨量為426.1 mm，較常年偏多7.9%。長江中下游地區(qū)于5月29日入梅，較常年偏早16 d；于7月8日出梅，較常年偏早8 d；梅雨量為258.3 mm，較常年偏少18.8%。江淮地區(qū)于7月4日入梅，較常年偏晚12 d；于7月31日出梅，較常年偏晚17 d；梅雨量為179.6 mm，較常年偏少30.2%。華北雨季于7月13日開始，較常年偏早5 d；于9月4日結(jié)束，較常年偏晚18 d，雨季長達(dá)53 d，為1961年以來的第三長(僅次于1973年和2021年的59 d)。華北雨季降水量為214.7 mm，較常年偏多57.2%。

表1 2022年中國東部雨季進(jìn)程Table 1 The duration of each rainy season in eastern China in 2022

從中國東部(110°～120°E)平均降水量逐日演變(圖2)也可以看出雨季進(jìn)程總體偏早的特征。2022年華南前汛期開始較常年偏早，但開汛后華南地區(qū)降水經(jīng)歷了一個(gè)明顯的間歇期(圖略)，前汛期主要降水過程在5月下旬至6月上中旬。其中6月1—21日，華南地區(qū)平均累計(jì)雨量為348.1 mm，較常年同期偏多61%，為1961年以來歷史同期第二多(圖3a)。梅雨期開始總體偏早，但降水持續(xù)性差，強(qiáng)度偏弱。6月下旬隨著西太副高北跳，我國東部主雨區(qū)由江南南部到華南北移至華北、黃淮、東北、西北地區(qū)東部等地(圖3b)。北方雨季開始偏早、強(qiáng)度偏強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長。除7月2日臺(tái)風(fēng)暹芭在廣東電白沿海登陸后北上，自南向北影響16個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)帶來的一條經(jīng)向雨帶外，中國東部地區(qū)降水“北多南少”的分布格局從6月下旬持續(xù)至8月底。

圖2 2022年6月1日至8月31日中國東部(110°～120°E)平均降水量的時(shí)間-緯度剖面Fig.2 Time-latitude cross-section of the mean precipitation averaged over 110°-120°E in eastern China from 1 June to 31 August 2022

圖3 2022年(a)6月上中旬和(b)6月下旬至8月全國降水量距平百分率分布Fig.3 Distribution of precipitation anomaly percentage in China (a) in the first two dekads of June and (b) from late June through August 2022

2.3 臺(tái)風(fēng)活動(dòng)

2022年夏季，西北太平洋及南海共有9個(gè)臺(tái)風(fēng)生成，其中3個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸我國，生成個(gè)數(shù)較常年同期(11.1個(gè))偏少，登陸個(gè)數(shù)較常年同期(4.8個(gè))偏少。3號(hào)臺(tái)風(fēng)暹芭于7月2日在廣東電白沿海登陸，是今年首個(gè)登陸我國的臺(tái)風(fēng)，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力達(dá)到12級(jí)(35 m·s-1)，為1991年以來初臺(tái)登陸強(qiáng)度第四強(qiáng)。

2.4 氣 溫

2022年夏季全國平均氣溫為22.3℃，較常年同期偏高1.1℃(圖4a)，為1961年有完整氣象觀測記錄以來歷史同期最高。全國大部地區(qū)氣溫較常年同期偏高0.5～2℃，華東中部、華中中部、西南地區(qū)東北部等地偏高2～4℃(圖4b)。湖南、浙江、江蘇、湖北、安徽、江西、上海、四川、重慶、貴州、甘肅、陜西、河南、寧夏、青海、新疆、西藏17個(gè)省(自治區(qū)、自轄市)平均氣溫均為歷史最高，福建為第二高。

圖4 (a)1961—2022年夏季全國平均氣溫歷年序列，2022年夏季(b)氣溫距平和(c)高溫日數(shù)距平分布Fig.4 (a) Time series of averaged summer temperature in China from 1961 to 2022, (b, c) spatial distributions of (b) temperature anomaly and (c) number of days exceeding 35℃ in summer 2022

全國平均高溫日數(shù)為14.3 d，較常年同期偏多6.3 d，為1961年以來歷史同期最多。華東中南部、華中大部、西南地區(qū)東北部等地高溫日數(shù)較常年偏多20 d以上(圖4c)。全國共366個(gè)國家氣象站(占全國總站數(shù)15.1%)日最高氣溫持平或突破歷史極值。重慶北碚(45.0℃)、江津(44.7℃)、湖北竹山(44.6℃)等15個(gè)站日最高氣溫達(dá)44℃及以上。全國共449個(gè)國家氣象站(占全國總站數(shù)18.5%)連續(xù)高溫日數(shù)持平或突破歷史極值。福建浦城(42 d)、湖南常寧(42 d)、江西廣豐(42 d)、四川合江(37 d)、重慶北碚及沙坪壩(37 d)等78個(gè)站連續(xù)高溫日數(shù)達(dá)35 d及以上。

6月13日至8月30日，我國中東部出現(xiàn)1961年以來綜合強(qiáng)度最強(qiáng)的高溫過程。此次高溫事件持續(xù)79 d，為1961年以來我國高溫過程持續(xù)時(shí)間最長。覆蓋范圍廣，35℃以上覆蓋1692個(gè)站(占全國總站數(shù)70%)，為1961年以來歷史第二多；37℃以上覆蓋1445個(gè)站(占全國總站數(shù)60%)，為1961年以來最多。極端性強(qiáng)，有361個(gè)站(占全國總站數(shù)14.9%)日最高氣溫達(dá)到或超過歷史極值。

2022年盛夏(7—8月)，受持續(xù)高溫少雨的影響，長江中下游和川渝地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的夏伏旱。此次長江中下游及川渝地區(qū)干旱范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度強(qiáng)、影響大(崔童等，2022)。川、渝、黔、湘、贛、浙、鄂、蘇、皖、滬等10省(直轄市)平均降水量之少(178.1 mm)、平均氣溫之高(29.0℃)、高溫日數(shù)之多(34.1 d)均為1961年以來歷史同期之最。

3 夏季氣候異常成因分析

2022年夏季，歐亞中高緯度為“兩脊一槽”型環(huán)流，西太副高異常偏強(qiáng)，西伸脊點(diǎn)偏西，脊線位置6—7月較常年偏南，8月偏北，北界持續(xù)偏北。西北太平洋對(duì)流層低層盛行反氣旋式距平環(huán)流，菲律賓、南海和孟加拉灣上空為東風(fēng)距平，我國南方大部為西南風(fēng)距平。夏季降水和環(huán)流變化的階段性特征明顯，6月上中旬與6月下旬至8月的降水異常分布和環(huán)流背景存在顯著差異，下面分別針對(duì)這兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行氣候異常成因分析。

3.1 6月上中旬大氣環(huán)流異常特征分析

2022年6月上中旬，西太副高強(qiáng)度和西伸脊點(diǎn)位置接近常年同期，脊線位置較常年略偏南(圖5a)。菲律賓及南海上空對(duì)流層低層為異常反氣旋式環(huán)流，孟加拉灣北部為異常氣旋式環(huán)流，來自南海和孟加拉灣的西南水汽輸送偏強(qiáng)(圖5b)。另一方面，歐亞中高緯500 hPa位勢高度距平場呈“西低東高”分布，經(jīng)向度較大，烏拉爾山至貝加爾湖西側(cè)為低壓槽，貝加爾湖至鄂霍次克海上空為高壓脊，東亞大槽較常年同期略偏強(qiáng)(圖5a)，歐亞中高緯地區(qū)多短波槽脊活動(dòng)。國家氣候中心東北冷渦監(jiān)測顯示，6月上中旬共有4次冷渦活動(dòng)過程，時(shí)段分別為6月1—3日、4—6日、10—12日和11—13日。東北冷渦活動(dòng)頻繁，并且活動(dòng)路徑偏南，一方面導(dǎo)致東北中部和南部、內(nèi)蒙古東部降水明顯偏多；另一方面引導(dǎo)冷空氣頻繁南下，抑制了西太副高的北抬，并與西太副高和季風(fēng)環(huán)流引導(dǎo)的水汽輸送相配合，導(dǎo)致我國江南南部至華南地區(qū)為水汽通量異常輻合區(qū)(圖5c)，降水較常年同期顯著偏多。

圖5 2022年6月上中旬平均大氣環(huán)流距平場(a)500 hPa位勢高度(等值線，其中紅色等值線表示氣候平均的5880 gpm和5860 gpm)及距平場(填色)，(b)850 hPa距平風(fēng)場(風(fēng)矢，單位：m·s-1)，(c)整層水汽通量(矢量，單位：kg·m-1·s-1)和水汽通量散度(填色，單位：10-5 kg·m-2·s-1)Fig.5 Average atmospheric circulation anomaly in the first two dekads of June 2022(a) 500 hPa geopotential height (contours， red contours indicate the climatically averaged 5880 gpm and 5860 gpm), (b) 850 hPa horizontal wind (wind vector, unit: m·s-1), (c) vertically integrated water vapor flux (vector, unit: kg·m-1·s-1) and its corresponding divergence (colored, unit: 10-5 kg·m-2·s-1)

圖6 (a)2018年1月至2022年8月指數(shù)和南方濤動(dòng)(SOI)指數(shù)以及2022年(b)春季和(c)夏季海表溫度距平分布Fig.6 (a) Monthly index and standardized southern oscillation index (SOI) from January 2018 to August 2022, and (b, c) spatial distribution of sea surface temperature (SST) anomalies in (b) spring and (c) summer of 2022

3.2 6月下旬至8月大氣環(huán)流異常特征分析

6月下旬至8月，500 hPa歐亞中高緯度環(huán)流形勢發(fā)生明顯調(diào)整，由前期“西低東高”型轉(zhuǎn)為“兩脊一槽”型，烏拉爾山以西高壓脊發(fā)展，貝加爾湖至我國東北北部為寬廣的低壓槽控制，鄂霍次克海及以東為高壓脊。我國大陸大部地區(qū)為偏強(qiáng)的大陸高壓控制，東亞沿岸上空為高度場正距平，東亞大槽偏弱，西太副高較常年明顯偏強(qiáng)、偏西，控制我國長江以南大部地區(qū)。東亞位勢高度距平場的經(jīng)向分布由前期“北高南低”轉(zhuǎn)為“北低南高”(圖7a)。在對(duì)流層低層，菲律賓和南海上空盛行東風(fēng)距平，菲律賓以北仍為異常反氣旋環(huán)流控制，但其位置明顯向北移動(dòng)，范圍向北擴(kuò)展(圖7b)，從而引導(dǎo)來自西北太平洋的水汽向我國長江以北地區(qū)輸送，我國南方大部為水汽通量異常輻散區(qū)(圖7c)，導(dǎo)致我國中東部降水呈“北多南少”異常分布。

圖7 同圖5，但為2022年6月下旬至8月Fig.7 Same as Fig.5, but for late June through August 2022

西太副高各項(xiàng)特征指數(shù)顯示(圖8)，從初夏到盛夏，西太副高強(qiáng)度由接近常年轉(zhuǎn)為異常偏強(qiáng)，其中8月強(qiáng)度指數(shù)排名為1961年以來歷史第一。7月和8月西太副高西伸脊點(diǎn)位置均異常偏西，并且多次出現(xiàn)西太副高與其西側(cè)的大陸高壓和伊朗高壓打通，形成完整的副熱帶高壓帶的情況。西太副高脊線位置階段性變化明顯，6月上中旬偏南、6月下旬偏北、7月上旬受臺(tái)風(fēng)暹芭影響先偏南后偏北、7月中下旬偏南、8月持續(xù)偏北。西太副高第一次北跳發(fā)生在6月21日前后，較常年偏晚(蘇同華等，2017)。副高北界指數(shù)除在7月中旬偏南外，盛夏總體表現(xiàn)為偏北。我國長江流域在強(qiáng)大的西太副高控制之下，盛行下沉氣流有利于地面增溫，同時(shí)晴空少云，太陽輻射偏強(qiáng)，導(dǎo)致盛夏出現(xiàn)了破紀(jì)錄的高溫天氣。另一方面，異常西伸的西太副高與大陸高壓和伊朗高壓打通，形成穩(wěn)定的副熱帶高壓帶，一定程度上阻斷了其西南側(cè)的水汽輸送通道，從而導(dǎo)致我國夏季降水總體偏少。此外，在臺(tái)風(fēng)活躍季，西太副高偏強(qiáng)偏西，菲律賓附近為異常反氣旋環(huán)流持續(xù)控制，不利于西北太平洋和南海的臺(tái)風(fēng)生成和登陸，導(dǎo)致華南后汛期降水持續(xù)偏少。

圖8 2022年夏季西太副高特征指數(shù)的逐日變化(a)副高強(qiáng)度指數(shù)，(b)副高西伸脊點(diǎn)位置，(c)副高西段(110°～130°E)脊線位置，(d)副高北界位置Fig.8 Daily variation of western Pacific subtropical high (WPSH) index in summer 2022(a) intensity index, (b) longitudinal position of western most point of WPSH, (c) latitudinal position of ridge line of WPSH (110°～130°E), (d) latitudinal position of north edge of WPSH

圖9 2022年夏季平均全球?qū)ν忾L波輻射距平場Fig.9 Distribution of global outgoing long-wave radiation anomaly in summer 2022

圖10 2022年夏季南亞高壓特征指數(shù)的逐日變化(a)強(qiáng)度指數(shù)，(b)中心經(jīng)度位置，(c)中心緯度位置Fig.10 Daily variation of South Asian high (SAH) index in summer 2022(a) intensity index, (b) longitudinal position of SAH center, (c) latitudinal position of SAH center

圖11 1961—2022年(a)7月，(b)8月南亞高壓中心強(qiáng)度指數(shù)逐年變化Fig.11 Annual variation of SAH center intensity index in (a) July and (b) August of 1961-2022

4 結(jié)論與討論

2022年夏季，東亞夏季風(fēng)季節(jié)進(jìn)程整體提前，南海夏季風(fēng)爆發(fā)和主要雨季開始時(shí)間均較常年偏早。中國東部地區(qū)降水呈“北多南少”異常分布，東北南部、華北南部、黃淮東部、西北地區(qū)東部和華南東部等地降水較常年明顯偏多。長江流域降水異常偏少，發(fā)生了歷史罕見的夏伏旱。6月中旬至8月的大范圍高溫?zé)崂嗽诔掷m(xù)時(shí)間、影響范圍和極端程度等方面均打破歷史紀(jì)錄。綜合大氣環(huán)流和外強(qiáng)迫背景分析，得到如下結(jié)論：