2022年長江流域高溫干旱過程及其影響評估

夏 智 宏，劉 敏，秦 鵬 程，范 進 進，馮 揚，趙 小 芳

(1.武漢區域氣候中心，湖北 武漢 430074； 2.長江流域氣象中心，湖北 武漢 430074； 3.三峽國家氣候觀象臺，湖北 宜昌 443002； 4.中國氣象局流域強降水重點開放實驗室，湖北 武漢 430205)

0 引 言

長江流域是中國重要的戰略水源地、水電能源基地、黃金水道和生態寶庫，不僅肩負著流域內社會經濟高質量發展和生態保護的重任，還通過南水北調等引調水工程惠澤華北地區，在中國經濟社會發展和生態環境保護中具有十分重要的戰略地位[1]。

受全球氣候變化的影響，近60 a來，長江流域最高、最低和平均氣溫均呈顯著上升趨勢，與寒冷相關的極端溫度指數顯著下降，與變暖有關的極端溫度指數顯著升高[2]。長江流域年平均降水量的長期變化趨勢雖然不顯著，但極端降水的強度和頻率在1980年代以后明顯增加，呈現出持續時間短、強度大的特征，如2016年長江中下游發生嚴重區域性大洪水、2020年長江流域發生僅次于1954年和1998年的又一次流域性大洪水[3]；長江上游和下游的干旱頻率有所減少，但中游大部干旱頻率有所增加，且流域發生大范圍極端干旱的頻率和強度明顯增加，如2001，2006，2011，2019年和2022年的嚴重干旱事件，其持續時間、發生范圍和綜合強度位居近60 a前列[4-7]。尤其是2022年夏季的極端高溫干旱，據初步分析表明，高溫綜合強度為1961年有完整觀測記錄以來最強，干旱發生范圍為1961年以來同期最廣，長江干流出現“汛期反枯”的罕見現象，江河水位達近百年來同期最低[7-10]，三峽水庫正式運行以來首次出現秋季未蓄滿的不利水情，此次大范圍異常高溫干旱災害對水資源、農業、生態和社會經濟系統的影響之深遠歷史罕見，其呈現出的新特點對流域今后科學應對極端干旱災害，合理利用和管理水資源及水利工程具有重要的指示意義。

本文旨在利用最新觀測資料，通過對歷史區域性高溫和干旱及其復合事件的識別和比較，綜合評估長江流域2022年高溫干旱過程，揭示其演變規律，以期為流域水資源開發利用和生態保護以及社會經濟高質量發展提供決策依據。

1 資料與方法

1.1 資料說明

本文所用氣象資料包括長江流域711個國家氣象觀測站1961年1月1日至2022年11月20日逐日最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、降水量等地面觀測資料，資料來自于國家氣象信息中心，并經過了氣候界限值和允許值檢查、極值檢查、內部一致性檢查、時間和空間一致性檢查等嚴格的質量控制。

本文使用的土壤墑情資料為中國氣象局陸面數據同化系統CLDAS(CMA Land Data Assimilation System)地表土壤濕度產品，是采用融合與同化技術，對地面觀測、衛星觀測、數值模式產品等多種來源數據融合得到，空間分辨率為1 km，時間分辨率為1 h，時間范圍為2022年6月1日至11月20日。

本文使用的長江流域主要控制斷面和大型水庫水位觀測數據，以及流域主要省份夏季全社會用電量數據，來自于湖北省水情信息網和國家統計局。

1.2 區域性高溫過程識別與評估

參照《區域性高溫過程監測指標(征求意見稿)》[11]，對長江流域歷年6～9月區域性高溫過程進行識別和綜合強度評估。

1.2.1高溫過程識別

將單站日最高氣溫≥35 ℃定義為高溫日，自監測時段的首日起，將日最高氣溫≥35 ℃的相鄰站點判定為1個高溫站組(同時滿足站點數占有效監測站數的百分比≥20%)，某高溫站組內≥50%的站點與次日該高溫站組的站點重合，則判定該站組高溫過程持續，當某站組高溫過程持續時間≥5 d，則判定一次區域性高溫過程發生，區域性高溫過程的開始日為該站組形成的首日。區域性高溫過程開始后，某日高溫站組的站點與次日高溫站組的站點重合率<50%，則判定該區域性高溫過程結束，該日為區域性高溫過程的結束日。一次區域性高溫過程從過程開始日至過程結束日的累積日數為過程長度。

1.2.2高溫過程綜合強度評估

根據一次區域性高溫過程的平均強度、平均影響范圍和過程長度計算綜合強度Z，計算公式為

Z=I×A0.5×T0.5

(1)

式中：I為區域性高溫過程的平均強度；A為區域性高溫過程的平均影響范圍；T為過程長度。

區域性高溫過程的綜合強度等級按歷年綜合強度百分位數劃分為一般(0≤Z<50%)、較強(50%≤Z<80%)、強(80%≤Z<95%)、特強(95%≤Z≤100%)4個等級。

1.3 區域性干旱過程識別與評估

1.3.1干旱監測指標

干旱監測指標采用在中國實時氣象干旱監測業務中廣泛使用的氣象干旱綜合監測指數(Meteorologiral Drought Composite Index，MCI)。MCI 指數是由近30 d相對濕潤度指數，近90 d和近150 d標準化降水指數，以及近60 d標準化權重降水指數加權求和構建而成，計算公式為[12]

MCI=Ka(aSPIW60+bMI30+cSPI90+dSPI150)

(2)

式中：MCI為氣象干旱綜合監測指數；MI30為近30 d相對濕潤度指數；SPI90為近90 d標準化降水指數；SPI150為近150 d標準化降水指數；SPIW60為近60 d標準化權重降水指數，a，b，c，d為權重系數；Ka為季節調節系數，根據不同季節主要農作物生長發育階段對土壤水分的敏感程度確定。MCI對應的各干旱等級劃分標準見表1[12]。

表1 氣象干旱綜合監測指數干旱等級劃分Tab.1 Grade classification of meteorological drought based on MCI

1.3.2干旱過程綜合強度評估

區域性干旱過程的識別與評估參考QX/T 597-2021《區域性干旱過程監測評估方法》中的動態區域干旱過程監測方法[13]，即通過逐日干旱帶分離和干旱事件時間連續性判識實現干旱過程的客觀識別，并定義了考慮干旱持續時間、影響范圍和強度的干旱過程綜合強度指數，其中區域性干旱日的判別標準為10%以上的相鄰站點出現中度或以上強度的干旱[5]，綜合強度計算方法與分級標準與區域性高溫過程類似，詳見公式(1) 。本研究首先對長江流域1961年以來歷次區域性干旱過程進行識別，然后選擇過程內干旱等級最重時間出現在夏秋季(6～11月)的干旱事件進行分析。

2 2022年長江流域高溫過程特征

2.1 過程概況

2022年長江流域夏季高溫過程自6月5日首先出現在漢江流域局部，其后向東向南發展，6月13日范圍明顯擴大，達區域性高溫過程標準，8月15日高溫站數最多達到594站(占流域總站數的83.5%)，8月23日后高溫過程逐漸緩解，8月30日區域性高溫過程結束(見圖1)，此次過程具有極端性強、發生范圍廣、持續時間長、綜合強度大等特點。

圖1 2022年6月1日至8月31日長江流域高溫站次比逐日變化Fig.1 Evolution of high temperature station proportion in the Yangtze River Basin(YRB) from 1 June to 31 August in 2022

2.1.1極端性強

2022年夏季長江流域平均、最高和最低氣溫較歷史同期偏高1.4～2.4 ℃，均為1961年以來同期最高，平均高溫日數(日最高氣溫≥35 ℃)為36.1 d，較常年偏多20.8 d，為1961年以來同期最多。全流域共有594站(占83.5%)日最高氣溫達到極端高溫事件標準。289個國家氣象站(占39.3%)日最高氣溫追平或突破歷史極值。其中，重慶北碚(45.0 ℃)、江津(44.7 ℃)、湖北竹山(44.6 ℃)等8站日最高氣溫達44.0 ℃及以上。

2.1.2發生范圍廣

高溫過程期間累計出現日最高氣溫≥35 ℃的站次占流域總站數的89.3%，出現≥37 ℃的站次比達83.4%，出現≥40 ℃的站次比達55.9%，均為1961年以來最廣，特別是40 ℃以上覆蓋范圍明顯高于歷史次高年2013年(31.0%)。期間高溫發生范圍最廣的日期出現在8月15日，該日≥35 ℃的站次占流域總站數的83.5%，為1961年以來最廣(見圖2)。

圖2 2022年6月1日至8月31日長江流域極端最高氣溫空間分布Fig.2 Spatial distribution of the extreme maximum temperatures in the YRB from 1 June to 31 August in 2022

2.1.3持續時間長

6月13日至8月30日，全流域出現大范圍持續性高溫天氣，高溫過程持續79 d，為1961年以來持續時間最長。黎川(42 d)等364站連續高溫日數(日最高氣溫≥35 ℃)、北碚(32 d)等384站連續炎熱日數(日最高氣溫≥37 ℃)追平或突破有觀測以來歷史記錄，其中北碚站8月7～28日連續22 d超40 ℃。

2.2 綜合強度評估

基于區域性高溫過程監測指標識別出長江流域1961年以來區域性高溫過程共計98次，平均每年發生1.6次，過程最早開始于6月1日(2002年)，最晚結束于9月15日(2019年)；過程平均持續時間27.3 d，最長達79 d(2022年)。從長時間序列來看，近年來區域性高溫過程有顯著增加的趨勢，98次過程中有39次發生在21世紀以來。綜合考慮高溫強度、發生范圍和持續時間，統計歷次過程綜合強度并進行排位顯示(見表2)，1961年以來最強的10次高溫過程中，開始時間最早出現在6月9日(1961年)，最晚在7月14日(2019年)；結束時間最早在8月10日(2003年)，最晚在9月9日(1967年)；過程持續時間最長為79 d(2022年)，最短為34 d(2003年)；過程內日最高氣溫≥35 ℃、≥37 ℃、≥40 ℃覆蓋范圍最大分別達89.3%，83.4%，55.9%。1961年以來最強的10次高溫過程有7次出現在21世紀以來，其中有6次(2010，2013，2017，2018，2019，2022年)發生在2010年以后，且有連年發生的趨勢。

表2 1961～2022年長江流域最強10次高溫過程氣候特征Tab.2 Climate characteristics of the top 10 regional high temperature processes in the YRB during 1961～2022

2022年6月13日至8月30日區域性高溫過程綜合強度達特強等級，且為1961年以來最強，過程內≥35 ℃、≥37 ℃、≥40 ℃平均日數，過程持續時間和覆蓋范圍，綜合強度等8項指標均位列歷史首位。

3 2022年長江流域干旱過程特征

3.1 過程概況

自6月下旬開始，受持續晴熱高溫少雨天氣影響，川渝地區、湖北、江西、浙江省等地陸續出現氣象干旱，特別是出梅以后旱情迅速發展，8月上旬旱區發展至流域約30%區域，8月中下旬迅速擴大至流域70%以上區域，8月25日覆蓋范圍達全流域的92.7%，為1961年以來同期最廣。8月底至10月上旬流域中北部出現階段性降水過程，四川省、重慶市、陜南和湖北省中北部干旱逐步緩解或者緩和，但長江以南大部地區降水稀少，夏秋連旱導致特旱區域有所擴大，特別是10月中旬以后旱情再度發展，至11月上旬末旱情范圍最大達全流域的94.5%，11月中旬長江中下游降水過程增多，大部累計降水量20～120 mm，其中兩湖流域大部40～120 mm，氣象干旱基本緩解，僅上游干流地區、烏江上游、洞庭湖西南部仍維持重至特旱。此次干旱過程呈現以下顯著特點：

(1) 降水異常偏少，大部為歷史同期最少。2022年6月以來(6月1日至11月20日)長江流域累計降水量489.2 mm，較常年同期偏少34.0%，為歷史同期最少，特別是7月以來，累計降水量較常年同期偏少43.6%，其中7，8，9，10月分別偏少35.8%，61.2%，39.0%，31.8%，8，9月均為歷史同期最少(見圖3)。7月以來流域近96%的臺站降水偏少，其中約30%的臺站為歷史同期最少。

圖3 2022年7月1日至11月20日長江流域降水量距平百分率Fig.3 Precipitation anomaly percentages in the YRB from 1 July to 20 November in 2022

(2) 氣溫高蒸發快，旱情發展迅猛。2022年6月上旬至7月上旬長江流域輕旱及以上范圍維持在20%～30%之間，進入7月以后，受異常高溫天氣影響，地表蒸發加劇，至8月下旬，在短短40 d時間內，輕旱及以上范圍迅速由30%擴大至90%以上區域，其中重旱及以上站次比達60%以上，并連續51 d保持在40%以上(見圖4)。長江漢口水文站6月上旬為歷史同期最高水位，在7月上旬開始迅速下降，至8月上旬起持續處于歷史同期最低水位。期間，長江干流及洞庭湖、鄱陽湖水位均為有實測記錄以來同期最低，部分地區小型水庫蓄水嚴重不足。

圖4 2022年6月1日至11月20日長江流域干旱站次比逐日變化Fig.4 Evolution of drought station proportion in the YRB from 1 June to 20 November in 2022

(3) 覆蓋范圍廣，發生全流域性干旱。2022年夏秋季長江流域干旱過程受旱空間范圍大、大旱影響范圍較廣，期間在8月25日和11月10日出現兩次峰值(見圖4)，干旱范圍分別達全流域面積的92.7%和94.5%(見圖5)，過程內累計發生范圍達98.0%，其中重旱范圍分別達63.5%和67.7%，覆蓋范圍為1961年以來最廣。長江流域汛期來水由豐轉枯，發生流域性嚴重枯水，中下游干流枯水重現期大于100 a一遇，干支流主要水文站最低水位打破歷史同期最低記錄[9]。

圖5 長江流域氣象干旱監測圖Fig.5 Drought monitor maps for the YRB on 25 August and 10 November 2022

3.2 過程強度評估

根據區域性干旱過程評估方法識別出長江流域1961～2022年共發生125次區域性干旱過程，其中干旱峰值出現在夏秋季的共有79次。夏秋季區域性干旱過程持續日數最長達180 d(2011年)，最短為20 d(1994，2009年)。表3依據區域性干旱過程綜合強度列出了歷史最強10次過程及其特征統計量，其中有5次出現在21世紀以來，2022年和2011年分別為第1，2強，可見近20 a來長江流域干旱的極端性有增強的趨勢，且干旱過程與高溫過程伴隨發生的頻率顯著增加。2022年7月3日以來長江流域再次發生嚴重的夏秋連旱并與歷史最強高溫過程相隨，截至11月20日干旱過程綜合強度已達特強等級，為歷史最強，干旱持續時間雖不及2011，1992，2006年和1963年，但過程干旱最大范圍、單日干旱最大范圍(中旱及以上等級)已超過歷次過程，分別達98.0%，86.4%。

表3 1961～2022年長江流域最強10次干旱過程的強度等級及氣候特征Tab.3 Intensity grades and climate characteristics of the top 10 regional drought processes in the YRB basin during 1961～2022

4 高溫干旱影響

(1) 對農業生產的影響。受持續高溫少雨影響，2022年8月中下旬，長江流域自金沙江以下至中下游大部地區地表土壤相對濕度在60%以下(見圖6)，出現不同程度農業干旱。此期正值農作物生長關鍵期，干旱與高溫疊加，加之江河湖庫水資源偏枯，農田灌溉受到限制，造成流域主要農作物水稻結實率下降、夏玉米籽粒充實不足、經濟林果產量和品質降低。據統計，旱情高峰時，長江流域耕地受旱面積達442.13萬hm2(6 632萬畝)[1]。高溫干旱還導致淡水養殖經營成本顯著增加，中下游地區秋播作物播種出苗受到影響。

圖6 長江流域2022年8月25日地表20 cm土壤相對濕度Fig.6 Relative soil moisture at 20cm depth in the YRB on 25 August 2022

(2) 對水資源和水利工程的影響。7月以來持續高溫少雨導致長江流域徑流顯著減少，8月長江中游漢口至鄂州段水位為1865年有水文記錄以來的同期最低水平，三峽和丹江口水庫來水量為近5 a同期最少，截至2022年11月20日，漢口站水位仍為有觀測記錄以來最低，三峽水庫蓄水位僅159.50 m，出現自2010年175.00 m試驗性蓄水以來首次未蓄滿情況，丹江口水庫蓄水為160.20 m，為近4 a來同期最低(見圖7)。8～10月，長江上游大型水電站出力較常年下降2～5成，長江枯水期提前到來，通航能力受到嚴重影響。

圖7 2022年秋季長江流域主要控制性水文站和水庫水位與歷史同期比較Fig.7 Comparison of the water levels for major hydrological stations and reservoirs during autumn between 2022 and the historical years

(3) 對生態環境的影響。衛星監測顯示，6月以來洞庭湖和鄱陽湖的水體面積均出現了持續減小，進入10月份，洞庭湖水體面積最小值降至309.9 km2，較歷史同期減少65.3%；鄱陽湖主體及附近水域面積最小值降至600 km2，較歷史同期減少73.0%。兩湖面積均達到同期最小值(見圖8)，鄱陽湖星子站接連刷新1951年有記錄以來最早進入枯水期、極枯水期的紀錄。同時持續高溫少雨造成湖泊水體和空氣質量顯著下降。受高溫干旱影響，長江流域大部植被凈初級生產力較常年同期偏低(見圖9)，四川省、重慶市、湖南省、江西省及浙江省植被凈初級生產力為近5 a同期最低，湖北省為近5 a同期第二低。流域大部地區森林火險等級提前升高，8月18～23日重慶市山林火災頻發，21日四川省發生森林火災。

圖8 2022年6～10月以來氣象衛星監測長江流域主要湖泊水體變化Fig.8 Variation of water body of major lakes in the YRB from June to October 2022 by meteorological satellite monitoring

圖9 2022年6月21日至10月25日長江流域植被凈初級生產力距平百分率(單位：%)Fig.9 Anomaly percentages of the vegetation net primary productivities in the YRB from 21 June to 25 October in 2022

(4) 對社會經濟的影響。2022年長江流域大范圍高溫干旱造成水資源異常短缺，生產和生活用水緊張。據應急管理部門統計，旱情峰值時，造成四川、重慶、湖北、湖南、江西等12省(區、市)3 978萬人受災，701.43萬人因旱需生活援助。盛夏期間持續性極端高溫天氣導致居民用電負荷大幅增加，8月長江流域主要省份全社會用電量較近5 a同期增加9.3%～35.8%(見圖10)，與此同時，長江上游水電生產受來水偏枯影響，出力大幅下降，造成電力供需嚴重失衡，四川省、重慶市等多地啟動突發事件能源供應保障應急響應，被迫采取了停工停產和限電等措施。

圖10 2022年8月長江流域主要省份全社會用電量與近5 a同期距平百分率Fig.10 Anomaly percentages of the electricity consumptions in the major provinces of YRB during August 2022 compared with the recent five years

5 結論與思考

5.1 結 論

本文根據區域性高溫過程和區域性干旱過程監測評估方法，系統分析了2022年長江流域高溫干旱的演變過程、發生范圍、持續時間和綜合強度等特征，并從農業、水資源、生態和社會經濟系統等方面綜述了其影響。取得的主要結論如下：

(1) 2022年夏季長江流域最高、最低和平均氣溫均為1961年以來同期最高，高溫日數為1961年以來最多，高溫覆蓋范圍為1961年以來最廣。6月13日至8月30日出現的區域性高溫過程，持續時間達79 d，具有發生范圍廣、持續時間長、極端性強等特點，綜合評估顯示達特強等級，其綜合強度為1961年有完整觀測記錄以來最強。

(2) 2022年夏秋季長江流域干旱過程最大覆蓋范圍達全流域的94.5%，為1961年以來最廣，過程期間累計降水量為1961年以來同期最少，過程已經持續時間140余天，具有覆蓋范圍廣、旱情發展快、影響廣等特點，綜合評估顯示達特強等級，綜合強度為1961年以來最強，截至11月20日上游部分地區仍維持重至特旱。

(3) 2022年長江流域夏季高溫與干旱疊加，造成大范圍地表土壤失墑、流域徑流減少，導致農作物產量和品質下降，農業生產成本增加，流域供水、發電和航運功能受到嚴重影響，生態系統生產力和生態質量下降、森林火險頻發，居民生活用水和用電受到影響。

(4) 1961年以來長江流域最強的10次高溫過程有7次出現在21世紀以來，其中有6次發生在2010年以后。1961年以來長江流域最強的10次干旱過程有5次出現在21世紀以來。在全球變暖背景下，近20 a來長江流域區域性高溫和干旱事件具有顯著增多、增強以及同時發生的趨勢，其影響呈現出復合型和系統性的新特點。

5.2 思考與啟示

全球氣候變暖引起極端氣候事件頻發、重發已成為氣候新常態[14-15]。21世紀以來，長江流域洪澇、干旱和高溫等極端氣候事件趨多趨強[3，7]，并呈現出多個災種在時間和空間上復合，傳遞性高、災害鏈長、影響廣等新特點[16]。為保障流域水資源安全和社會經濟的可持續發展，亟需加強流域應對極端氣象災害的能力建設。

(1) 重視氣候變化風險，提高應對極端氣候事件尤其是復合型災害的能力。需深入開展長江流域氣候變化和極端氣候事件演變趨勢研究，以及其對流域水安全、生態安全、糧食安全和能源安全影響的風險評估，制定應對氣候變化和極端氣候事件的應急預案和長遠規劃。

(2) 優化水利工程基礎設施和管理模式，提高災害防御能力和水資源利用率。流域水利工程管理需改變傳統的“重澇輕旱”理念，升級配套改造現代水網和農田水利灌溉設施，提高基礎設施設計標準，針對氣候變化情景下水文情勢新特點，建立適應氣候變化規律的精細化水資源管理模式。

(3) 完善氣象災害早期預警，建立科學的風險管理機制。加強流域氣候異常成因和機理研究，提高中長期干旱預警預見期，完善流域氣象災害綜合監測和預警發布體系以及數據共享和部門聯動工作機制，健全法律法規，建立科學的防災減災風險管理機制。

致 謝

本研究得到了三峽水利樞紐梯級調度通信中心、國家氣象中心和國家衛星氣象中心等有關單位提供的數據和技術支持，謹致謝忱。