在全球变暖和人类活动的共同影响下，极端气候事件频发。政府间气候变化专门委员会发布的第六次评估报告指出，工业革命以来全球几乎所有的陆地地区均出现了极端高温热浪增多的趋势，陆地升温造成了洪涝事件频发和干旱事件强度的增强（IPCC，2021）。灾害性极端气候事件频发造成生命财产和社会经济的重大损失。2022年我国以及欧洲、北美的多个国家都出现极端高温事件，对农业、能源和人体健康产生了严重影响（Zhang et al.，2023）。2022年WMO《全球气候状况》报告指出，当年的高温热浪干旱事件影响数百万人口，造成数十亿美元的经济损失。粮食生产和生态环境对气象灾害的敏感性增强，日益威胁人类的生存发展（Robine et al.，2008; Orlowsky and Seneviratne，2012; Li et al.，2018）。

干旱是指特定时空尺度上出现水分供需失衡，继而导致水分持续短缺的现象（Dai，2011）。干旱一旦发生，往往持续时间长、影响范围广、危害性巨大（Li et al.，2011; Karl et al.，2012; Cook et al.，2014）。对于流域尺度的干旱研究，水文干旱和气象干旱是两个常用的表征指标（Dracup et al.，1980; Heim，2002）。气象干旱指大气中的降水显著低于气候平均态且高温导致蒸发增加的现象，重点关注大气的干湿状况。长时间的降水不足会导致地表径流、地下水或水库蓄水不足，诱发水文干旱（Hao and Singh，2015）。此外，持续的干旱会引发土壤水分异常亏缺，借助陆-气耦合加剧高温热浪的强度和持续时间（Vautard et al.，2007），形成灾害链，加重致灾程度。当灾害叠加，高温和干旱同时发生，其危害性要比单一极端事件更强，该灾害事件就成为复合型高温干旱极端事件（Raymond et al.，2020）。近年来在人类活动影响下，复合型高温干旱极端事件发生频发，加强相关机理研究能够对其有更深的认识，并进一步提高对复合型高温干旱极端事件的预测能力（余荣和翟盘茂，2021）。

长江作为我国第一大河，对区域经济和生态的可持续发展具有重要作用（Liu et al.，2020）。长江中下游平原是我国人口最集中、经济最发达、城市化水平最高的区域之一，在国家现代化建设大局和全方位开放格局中具有举足轻重的战略地位（He et al.，2021; Wang et al.，2023）。但近20年来长江流域出现多次严重干旱事件:2006年夏季、2013年夏季、2019年秋季等，2022年长江中下游平原出现1961年以来最严重高温干旱事件（程浩秋等，2023）。6月13—26日高温首先在我国北方发力; 7月5—17日开始影响南方地区; 经过短暂间歇，7月21日—8月30日南方出现持续性大范围高温天气（孙博等，2023）。水文统计数据表明，2022年长江流域在汛期出现流域性严重枯水，中下游干流主要站点水位打破历史同期最低纪录（官学文和曾明，2022）。

在陆地水文循环中，净降水量（降水量减蒸发量，P-E），即降水量与蒸发量的差值，是区域内水分收支的体现。净降水量相当于陆地上长期平均的径流或水资源总量（Gao et al.，2014）。当干旱发生时，P-E往往表现为减小（Seager et al.，2007; Yin et al.，2012）。在本文中，使用P-E作为水文干旱指数，来分析干旱的情况。

在干旱形成和发展过程中，气温-蒸发-湿度-降水的相互作用与反馈也并不是简单的线性过程，而往往表现为相当复杂的多层次、多途径交叉耦合过程。本文通过分析2000—2022年5—10月的降水与蒸发的演变特征，探讨了2022年高温干旱事件在降水和蒸发方面的特征，以及出现气象干旱后，如何向水文干旱传递。

1 研究区域、方法、数据

1.1 研究区域

长江中下游平原地势平坦，河湖众多，是我国水资源最丰富的地区。然而，受到副热带高压的控制，夏季气温高、降水少，容易造成干旱事件。本文选取长江中下游平原范围（111°~123°E，27.75°~34°N）进行研究，跨度范围主要包括湖南、湖北、江西、安徽、浙江、江苏、上海7个省市。

1.2 方法

在一段时间内，垂直积分的水汽通量辐合量相当于净降水量（Gao et al.，2012，2015），水量平衡方程可以写成:

其中:“^-”表示平均值；“′”代表扰动量；ρ_w表示水的密度；g表示重力加速度；下标s表示地表；$\nabla$表示水平散度。大气运动和比湿分别用V和q表示。在等式右侧，第一项积分表示平均大气环流导致的水分收支，第二项是瞬时涡动引起的水分收支（Trenberth and Guillemot，1995），第三项表示地表贡献，其值通常比其他项小（Seager et al.，2007）。

定义:

其中：·代表P、E、或P-E；post为任一单独年份，例如，2022年；pre为2000—2019年20 a的平均态；因此，δ（·）代表单独年份相对于20 a平均态的异常值。

相应地，P-E的变化可以被分解为平均环流变化和瞬时涡动变化引起的水分收支变化：

其中：$\delta S=\delta \left(\overline{q_{\mathrm{s}}{V}_{\mathrm{s}}\cdot \nabla p_{\mathrm{s}}}\right)$表示地表变化的贡献，由于在式（1）中地表贡献项的最大值比其余几项小几个量级，因此该项的变化可忽略不计（Seager et al.，2007）。

平均水汽通量变化可以继续分解为：水汽含量变化引起的热力学贡献（δ_TH）和平均大气环流变化引起的热动力学贡献（δ_MCD），因此P-E的变化可看作是δ_TH、δ_MCD和涡动项（δ_TE）共同作用的结果：

其中：δ_TH是热力学项，是由温度引起的比湿变化对$\stackrel{-}{P}-\stackrel{-}{E}$ 变化的贡献；δ_MCD为热动力项，代表了平均环流变化的贡献；δ_TE为涡动项，是指湍流对$\stackrel{-}{P}-\stackrel{-}{E}$变化的贡献。

1.3 数据

降水和蒸散发数据使用欧洲中期预报中心的ERA5-LAND产品，大气风场和水汽数据采用ERA5再分析数据集。相比于ERA-Interim，ERA5水平分辨率提升至31 km，时间分辨率为3 h（Hersbach et al.，2020）。ERA5-LAND数据集是欧洲中期预报中心在ERA5的近地表大气强迫下由陆面模式离线模拟得到的。ERA5-LAND描述了一定时期内陆地上的水、能源循环的演变，提供了全球范围内50个变量，其水平分辨率为9 km，时间分辨率为1h（Muñoz-Sabater et al.，2021）。为研究汛期内不同月份的特点，文中使用了2000—2022年ERA5-LAND逐时地表温度、降水、蒸散发等数据。同时，使用2000—2022年ERA5逐时风速、地表气压等数据，根据式（4）进行积分，计算结果经月平均后开展分析。

2 结果分析

2.1 2022年的降水特征

2000—2019年汛期内（5—10月）平均降水量为4.88 mm/d，7—8月降水更为集中，两月内平均降水量为5.64 mm/d。2022年汛期内平均降水量为3.07 mm/d，较20 a均值偏少37%。其中7—8月平均降水量为3.11 mm/d，较同期均值偏少45%。汛期内平均降水量与7—8月平均降水量均为2000年以来同期最低值（图1）。基于观测数据的分析结果显示，2022年长江中下游地区汛期降雨量较同期20 a平均值减少37.1%，较气候值偏少42%~75%（黄艳等，2023）。本文基于ERA5-LAND数据得到的2022年降水变化数据与以上基于观测数据统计得到的统计值接近，因此本文使用ERA5-LAND数据进行进一步分析是可靠的。

2.2 2022年的地表温度和蒸散发特征

2000—2019年长江中下游地区汛期平均地表温度为23.9℃，其中，7—8月平均地表温度显著高于汛期平均，达到27.64℃。而2022年汛期平均地表温度为24.89℃，较20 a均值偏高0.99℃; 7—8月平均地表温度达到29.8℃，比20 a均值偏高2.16℃（图1）。自2000年以来，2022年汛期内平均地表温度与7—8月平均地表温度均达到最高值。

从地表蒸散发总量的变化（图2）可以看到，2022年汛期内（5—10月）日蒸发量为3.08 mm/d，较20 a均值3.41 mm/d偏少9.6%，其中7—8月蒸发量为4.32 mm/d，较同期均值4.18 mm/d偏高3.3%。图2显示地表蒸散发总量和四个分量，可以看出裸土蒸发量显著高于另外三个分量，树冠截留蒸发和水面蒸发量较小，植被蒸腾量最小，汛期内的20 a平均值分别为2.28、0.45、0.47和0.20 mm/d。其中，水面蒸发和植被蒸腾的年际波动较小，裸土蒸发和树冠截留蒸发年际变化较大。7—8月各蒸散发分量均高于整个汛期平均值，地面蒸散发偏差更大。2022年7—8月裸土蒸发的增强大大增强了地表总蒸发量。

2.3 2022年的P-E特征

在过去20年，长江中下游地区汛期内平均P-E值为1.48 mm/d，汛期内分阶段来看，汛期前期（5—6月），汛期中期（7—8月）和汛期后期（9—10月）均值分别为2.89、1.46和0.08 mm/d。在汛期不同阶段，P-E有较大的变化。在绝大部分年份，汛期前、中期的P-E均为正值，而汛期后期P-E经常达到负值（图3）。这可能是由于汛期接近尾声，降雨逐渐减少，同时汛期前期的降水使得土壤湿润，地面蒸散持续较强。在2022年汛期内平均P-E达到负值，为-0.01 mm/d，这是2000年以来唯一一次达到负值。汛期前、中、后期均值分别为1.93、-1.21和-0.74 mm/d。2022年P-E在各阶段均低于多年同期平均值，其中汛期中期为2000年以来的最小值。因此认为2022年为干旱年，且干旱程度较强。结合降水与蒸散发的变化看，2022年整个汛期P-E减少主要是由降水减少导致，而中期P-E减少是由地表蒸发量增大和降水量减小共同作用导致的。因此，2022年夏季强的地表蒸发加重了此次干旱事件。

2.4 2022年极端干旱的贡献因子解析

2000年以来，尽管涡动贡献一直为负值，但是热动力贡献与热力学贡献均为较大的正值，其中热力学贡献小于热动力项贡献，因此，P-E整体呈现正值（图4a）。汛期前期，通常热动力项和涡动项对P-E变化起主要作用; 进入汛期中期，涡动项对P-E变化做负贡献，且涡动项作用强于热动力项和热力学项; 到了汛期后期，涡动贡献较之前的阶段减弱，热动力项和热力学作用更为显著。

2022年5—10月的高温干旱极端事件中，热动力项和涡动项对P-E的变化表现出较大负贡献，分别为-1.29和-1.38 mm/d。将整个汛期分阶段来看，汛期前期，热动力项和涡动项对P-E异常就有明显的负贡献; 进入到中期，干旱较为严重的阶段，热动力项、热力学项和涡动项均对P-E变化均呈现负贡献，其中涡动项贡献达到-2.78 mm/d; 9—10月，汛期接近尾声，在这个阶段热动力贡献最大，达到-2.25 mm/d。也就是说，在汛期发展的不同阶段，热动力项和涡动项贡献一直为负，热力学项在汛期中期亦为负。因此，2022年的汛期干旱初期由湍流涡动和平均环流变化共同作用引起，高温加剧了中期的干旱程度，后期高温导致的平均环流的异常导致干旱延续至10月。因此，此次干旱过程为被高温加剧的平均环流变化主导的复合型极端事件。

2.5 2013年与2022年的异同

图1和图3显示，2013年长江中下游平原同样发生了一次仅次于2022年的严重高温干旱事件，该次事件也是当时我国中东部地区有观测以来的最高纪录，影响范围波及9个省份，影响人数超过10亿（Sun et al.，2014; 江晓菲等，2020）。此外，该次高温热害对水稻粮食产量（张佩等，2019）、人体健康（奚用勇等，2019）都造成重大影响，乃至其形成机理和影响，并成为之后10 a都被多方面论证的典型案例，直至2022年高温干旱事件的出现。下面，我们对两次史无前例的极端事件进行对比分析，深入剖析两次高温干旱演变过程，加深对高温至干旱的机理认知。

与2022年相似，2013年地表温度偏高，汛期内平均地表温度较20 a平均高0.72℃，7—8月平均地表温度高出均值1.95℃。汛期内平均降水量较20 a平均减少0.64 mm/d，其中7、8月平均降水量减少1.81 mm/d，减少33%。2013年与2022年有一定相似性，同样为汛期内降水偏少，温度偏高的年份。但地面蒸散发过程存在差异，2013年汛期内蒸散发量为3.5 mm/d，7—8月蒸发量为4.55 mm/d，均较20 a均值偏高。整个汛期平均P-E为0.75 mm/d，在汛期三个阶段中，P-E分别为3.03、-0.71和-0.06 mm/d。2013年整个汛期虽然降水减少蒸发增强，但P-E依旧为正，其干旱强度远小于2022年。

从水汽收支分解看，整个汛期来看热动力贡献接近零，热力学项与涡动项为负贡献。在5—6月，热力学项与涡动项为明显的负贡献，其中热力学项最大; 7—8月热动力贡献和涡动贡献加入，使得汛期中期成为干旱最严重的阶段; 进入到9—10月，热力学项和涡动项对P-E变化转为正贡献，仅有热动力项为负贡献，干旱程度开始减弱。与2022年相比，2013年的高温干旱过程是热力学项贡献主导的高温干旱事件:早期由高温引起，中期平均环流变化和湍流涡动加剧干旱，之后只剩热力学项贡献，干旱快速减弱。而2022年，早期的干旱源于平均环流变化，在中后期高温加入，加剧了干旱，期间热动力学项的贡献持续整个汛期，使得汛期干旱的强度有所不同。

3 结论与讨论

2022年我国长江中下游地区发生严重的高温干旱极端事件，此次高温干旱过程强度大、持续时间长，对日常生活、农业发展、社会经济等带来了严重危害。本文根据2000—2022年长江中下游平原汛期地表温度、降水、蒸发以及P-E的演变，对比2013年，分析了2022年高温干旱事件的特征，利用水量平衡方程探讨此次极端事件在汛期不同阶段的进程，分析其机理和演变过程。结果表明:

1）地表水量平衡分析显示，2022年汛期内地表温度较20 a（2000—2019年）均值偏高近1℃，其中7—8月偏高超过2℃。汛期内降水减少37%，7—8月降水量甚至较同期均值减少45%。7—8月裸土蒸发的加强使得地表蒸散发过程大大增强。自2000年以来，2022年首次出现汛期内P-E为负，同时在汛期各阶段P-E均低于多年同期平均值。此次干旱过程主要由降水减少导致，而7—8月强的蒸发过程加重了此次干旱的强度。

2）水汽收支变化分解显示，热动力项和涡动项在整个汛期一直对P-E变化做负贡献，热力学项在7—8月介入贡献。2022年干旱主要由异常的平均环流变化和湍流涡动引起，到了汛期中期，高温的热力学作用加剧了干旱程度，同时高温进一步加剧平均环流的异常。因此，汛期后期在热动力项贡献的作用下，干旱持续到了10月。平均环流变化主导了2022年的高温干旱过程。

3）2013年，在长江中下游地区同样出现了汛期内地表温度偏高、降水减少、蒸发增强的特征，但P-E依旧为正，其干旱程度弱于2022年。根据P-E变化的分解，2013年汛期初期，高温是引发干旱过程的主要因素; 在汛期中期，叠加平均环流的作用，使得干旱持续; 到了汛期末期，仅剩热力学项贡献，干旱程度快速减弱。热力学贡献主导了2013年的高温干旱过程。

一直以来，长江都是水旱灾害频发的重点区域。全球气候变化背景下，干旱等极端事件频繁发生。本文在分析2000年以来的净降水量气候态的基础上，针对2022年发生在长江中下游平原地区的百年难遇的极端高温干旱事件的演变过程开展研究，剖析极端事件的演变发发展过程，并与2013年的高温干旱事件进行对比，深入理解长江中下游平原高温与极端干旱的关系。深入研究高温干旱复合型极端事件的发展和演变过程，有助于区域型干旱事件和持续时间的预测，为地方政府部门间的联动沟通、统筹协调争取时间，制定预警和防控预案，有助于减少干旱造成的粮食生产、经济损失等灾害。

参考文献