范進(jìn)進(jìn)，秦鵬程，史瑞琴，李夢(mèng)蓉，杜良敏

（1.武漢區(qū)域氣候中心，湖北 武漢 430074；2.湖北省公眾氣象服務(wù)中心，湖北 武漢 430074）

引言

全球變暖加劇了氣候系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和極端天氣的發(fā)生。世界氣候研究計(jì)劃（World Climate Research Programme，WCRP）將極端天氣氣候事件列為當(dāng)前七個(gè)重大科學(xué)挑戰(zhàn)之一［1-2］。政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告首次單獨(dú)成章，全面和系統(tǒng)地評(píng)估了極端事件變化，包括：極端溫度、強(qiáng)降水、干旱、極端風(fēng)暴及其復(fù)合事件等［3］，報(bào)告的一大重點(diǎn)進(jìn)展是首次全面系統(tǒng)地評(píng)估了熱浪和干旱復(fù)合事件的過(guò)去變化與歸因以及未來(lái)變化。評(píng)估表明，20世紀(jì)50年代以來(lái)，全球熱浪和干旱復(fù)合事件增多，人類活動(dòng)可能增加了這些復(fù)合事件的發(fā)生概率，隨著未來(lái)氣候變暖加劇，許多區(qū)域的復(fù)合事件發(fā)生概率將增加［4］。

極端高溫可嚴(yán)重危害人體健康，導(dǎo)致疾病和死亡人數(shù)增加，據(jù)估算，全球近半數(shù)人口遭受極端高溫的威脅［5］。干旱是造成全球糧食減產(chǎn)的最主要自然災(zāi)害，還可誘發(fā)森林火災(zāi)和植被退化等生態(tài)災(zāi)害以及生態(tài)脆弱地區(qū)人蓄飲水等基本生計(jì)問(wèn)題［6］。近年來(lái)，全球極端高溫和干旱災(zāi)害頻發(fā)已成為科學(xué)界和社會(huì)公眾廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。在全球氣候變化背景下，我國(guó)高溫、干旱等極端事件同樣呈現(xiàn)多發(fā)重發(fā)態(tài)勢(shì)［7-10］。XUE等［11］根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析了中國(guó)西南地區(qū)1961—2014年間極端高溫的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)1995—2014年期間極端高溫事件急劇增加，增幅約 為1975—1994年的2～10倍。YANG等［12］基 于1960—2018年均一化日最高氣溫資料，發(fā)現(xiàn)中國(guó)大部分區(qū)域高溫初始發(fā)生日期呈提前趨勢(shì)。梁梅等［13］研究表明近50 a來(lái)我國(guó)東南沿海地區(qū)極端高溫日數(shù)明顯增加，近10 a尤為顯著。韓蘭英等［14］發(fā)現(xiàn)1961—2014年中國(guó)各年代的干旱都有范圍擴(kuò)大、程度加劇和頻次升高的趨勢(shì)。21世紀(jì)以來(lái)，在北方干旱加劇的同時(shí)，南方干旱范圍明顯擴(kuò)大，尤其是大旱范圍明顯增加［15］，如2011年南方冬春連旱、2013年夏季長(zhǎng)江中下游地區(qū)歷史罕見(jiàn)的高溫伏旱，西南地區(qū)也逐漸成為中國(guó)干旱發(fā)生頻率較高的地區(qū)之一［16-18］，且該區(qū)域極端干旱發(fā)生頻次在逐漸增多，持續(xù)性干旱事件的持續(xù)時(shí)間有增長(zhǎng)趨勢(shì)、發(fā)生頻率有增多趨勢(shì)、發(fā)生強(qiáng)度有增強(qiáng)趨勢(shì)［19］。王鶯等［20］發(fā)現(xiàn)多雨區(qū)的華南地區(qū)秋季和冬季的持續(xù)干期日數(shù)也呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，1960—2012年每10 a分別上升了1.91 d和0.12 d。中國(guó)東部人口密集區(qū)域高溫干旱復(fù)合型事件增加更為顯著，其變化主要受到高溫事件增加的驅(qū)動(dòng)［21-22］。同時(shí)，近年來(lái)驟發(fā)性干旱已成為干旱研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)［23-25］，傳統(tǒng)上認(rèn)為干旱需要數(shù)月或更長(zhǎng)的時(shí)間緩慢發(fā)展，但如果同時(shí)伴隨著高溫和充足的日照，由于地表蒸發(fā)異常旺盛可導(dǎo)致干旱快速形成和發(fā)展。葉天等［26］對(duì)比分析了驟發(fā)干旱和傳統(tǒng)干旱事件形成的過(guò)程，認(rèn)為驟發(fā)干旱發(fā)展快、持續(xù)時(shí)間短，傳統(tǒng)干旱發(fā)展慢，但維持時(shí)間長(zhǎng)、恢復(fù)也長(zhǎng)。2022年夏季，我國(guó)中東部地區(qū)出現(xiàn)1961年有完整氣象觀測(cè)記錄以來(lái)的最強(qiáng)高溫過(guò)程，四川盆地和長(zhǎng)江中下游地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的高溫干旱復(fù)合事件，對(duì)自然生態(tài)、農(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)造成了深遠(yuǎn)影響［27］。

湖北省地處中國(guó)中東部季風(fēng)氣候區(qū)內(nèi)，受季風(fēng)進(jìn)退及季風(fēng)氣候變異的影響，氣象災(zāi)害頻發(fā)、重發(fā)，其中尤以初夏暴雨洪澇、盛夏高溫和干旱發(fā)生最為頻繁、影響最大［28］。在全球變暖背景下，湖北省極端氣候事件的強(qiáng)度屢創(chuàng)新高，有觀測(cè)以來(lái)最強(qiáng)的暴雨、干旱和高溫過(guò)程均出現(xiàn)在21世紀(jì)，如2016、2020年特大洪澇災(zāi)害，2011年春旱、2019年夏秋季干旱，2013年極端高溫，以及2022年夏秋季高溫干旱復(fù)合事件［27］。本文旨在利用最新觀測(cè)資料，系統(tǒng)分析近62 a來(lái)湖北省高溫干旱極端事件時(shí)空分布特征，尤其是近20 a來(lái)呈現(xiàn)出的新特點(diǎn)，以期為準(zhǔn)確把握災(zāi)害演變趨勢(shì)、更好服務(wù)地方做好防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

氣象資料為湖北省76個(gè)國(guó)家氣象站1961—2022年逐日降水、氣溫（日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫）、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速等觀測(cè)數(shù)據(jù)，由湖北省氣象信息保障中心提供，均經(jīng)過(guò)質(zhì)控檢驗(yàn)。其中2022年資料的結(jié)束時(shí)間為10月20日。

地表土壤濕度資料，來(lái)自國(guó)家氣象信息中心研發(fā)的中國(guó)氣象局陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)CLDAS（CMA Land Data Assimilation System），其土壤濕度產(chǎn)品是利用融合與同化技術(shù)，對(duì)地面觀測(cè)、衛(wèi)星觀測(cè)、數(shù)值模式產(chǎn)品等多種來(lái)源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合得到，空間分辨率為1 km，時(shí)間分辨率為1 h。該產(chǎn)品時(shí)空連續(xù)、不受天氣影響，在中國(guó)區(qū)域的表現(xiàn)優(yōu)于國(guó)際同類產(chǎn)品［29］。

典型年份干旱災(zāi)情統(tǒng)計(jì)資料、2022年高溫干旱期間江河水情及電力生產(chǎn)和調(diào)度數(shù)據(jù)，分別來(lái)自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、湖北省統(tǒng)計(jì)局、湖北省應(yīng)急管理廳、湖北省發(fā)展與改革委員會(huì)、湖北省水利廳以及水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局等相關(guān)部門(mén)。

文中附圖涉及湖北省行政邊界均基于湖北省地理信息公共服務(wù)平臺(tái)下載的審圖號(hào)為鄂S（2022）005號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

1.2 方法

1.2.1 高溫事件定義和識(shí)別方法

將單站日最高氣溫Tmax≥35℃定義為高溫日，參照《區(qū)域性高溫過(guò)程監(jiān)測(cè)指標(biāo)（征求意見(jiàn)稿）》①區(qū)域性高溫過(guò)程監(jiān)測(cè)指標(biāo)（征求意見(jiàn)稿）標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)氣候與氣候變化標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC540）提出并歸口，國(guó)家氣候中心王遵婭等人起草，2022年2月10日發(fā)布。并做適當(dāng)修訂，對(duì)湖北省歷年5—11月區(qū)域性高溫事件進(jìn)行識(shí)別。

（1）高溫過(guò)程的確定

自監(jiān)測(cè)時(shí)段的首日起，將日最高氣溫Tmax≥35℃的相鄰站點(diǎn)判定為1個(gè)高溫站組（同時(shí)滿足站點(diǎn)數(shù)占有效監(jiān)測(cè)站數(shù)的百分比大于等于20%），某高溫站組內(nèi)大于等于50%的站點(diǎn)與次日高溫站組的站點(diǎn)重合，則判定該站組高溫過(guò)程持續(xù)，當(dāng)某站組高溫過(guò)程持續(xù)時(shí)間大于等于5 d，則判定一次區(qū)域性高溫過(guò)程發(fā)生，區(qū)域性高溫過(guò)程的開(kāi)始日為該站組形成的首日。區(qū)域性高溫過(guò)程開(kāi)始后，某日高溫站組內(nèi)小于50%的站點(diǎn)與次日高溫站組的站點(diǎn)重合，則判定該區(qū)域性高溫過(guò)程結(jié)束，該日為區(qū)域性高溫過(guò)程的結(jié)束日。一次區(qū)域性高溫過(guò)程從過(guò)程開(kāi)始日至過(guò)程結(jié)束日的累積日數(shù)為過(guò)程長(zhǎng)度。

（2）高溫過(guò)程的綜合強(qiáng)度

根據(jù)一次區(qū)域性高溫過(guò)程的平均強(qiáng)度、平均影響范圍和過(guò)程長(zhǎng)度計(jì)算綜合強(qiáng)度Z，計(jì)算公式如下：

式中：Ia為區(qū)域性高溫過(guò)程的平均強(qiáng)度；Aa為區(qū)域性高溫過(guò)程的平均影響范圍；T為過(guò)程長(zhǎng)度。高溫過(guò)程平均強(qiáng)度和影響范圍的計(jì)算方法詳見(jiàn)《區(qū)域性高溫過(guò)程監(jiān)測(cè)指標(biāo)（征求意見(jiàn)稿）》。

1.2.2 干旱事件定義和識(shí)別方法

根據(jù)區(qū)域性干旱過(guò)程監(jiān)測(cè)評(píng)估方法（QX/T 597—2021）［30］中固定區(qū)域干旱過(guò)程監(jiān)測(cè)方法，基于氣象干旱綜合監(jiān)測(cè)指數(shù)（Meteorological Drought Composite Index，MCI），對(duì)湖北省歷史干旱事件進(jìn)行識(shí)別，并選擇過(guò)程內(nèi)等級(jí)最重時(shí)間出現(xiàn)在夏秋季（6—11月）的干旱事件進(jìn)行分析。

（1）氣象干旱綜合監(jiān)測(cè)指數(shù)（MCI）

MCI考慮了60 d內(nèi)的有效降水（權(quán)重累積降水）、30 d內(nèi)蒸散（相對(duì)濕潤(rùn)度）以及季度尺度（90 d）和近半年尺度（150 d）降水的綜合影響，計(jì)算公式如下：

式中：SPIW60為近60 d標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重降水指數(shù)；MI30為近30 d相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)；SPI90、SPI150為90 d和150 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；Ka為季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù)；a、b、c、d為權(quán)重系數(shù)。相關(guān)指數(shù)的計(jì)算和參數(shù)取值參見(jiàn)氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T20481—2017）［31］，MCI干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1［31］。

表1 基于MCI的氣象干旱等級(jí)劃分Tab.1 Grade classification of meteorological drought based on MCI

（2）干旱過(guò)程的確定

以MCI為干旱過(guò)程識(shí)別的判別指標(biāo)，當(dāng)區(qū)域平均日干旱強(qiáng)度的等級(jí)達(dá)到輕旱及以上，且連續(xù)15 d及以上，至少有一日達(dá)中旱及以上等級(jí)，則確定發(fā)生一次區(qū)域干旱過(guò)程。干旱過(guò)程時(shí)段內(nèi)第一次出現(xiàn)輕旱的日期，為干旱開(kāi)始日。干旱過(guò)程發(fā)生后，當(dāng)連續(xù)5 d出現(xiàn)日干旱等級(jí)為無(wú)旱時(shí)，則確定為過(guò)程結(jié)束，干旱過(guò)程結(jié)束前最后一天日干旱等級(jí)達(dá)輕旱及以上的日期為干旱結(jié)束日。干旱開(kāi)始日到結(jié)束日（包含結(jié)束日）的總天數(shù)為干旱過(guò)程日數(shù)。具體統(tǒng)計(jì)方法參考《區(qū)域性干旱過(guò)程監(jiān)測(cè)評(píng)估方法（QX/T 597—2021）》［30］。

（3）干旱過(guò)程強(qiáng)度

通過(guò)滑動(dòng)區(qū)域干旱過(guò)程內(nèi)持續(xù)干旱天數(shù)計(jì)算累積干旱強(qiáng)度，取干旱過(guò)程中最強(qiáng)累積干旱強(qiáng)度作為干旱過(guò)程強(qiáng)度Z，計(jì)算公式如下：

式中：maxk=1，m；n=1，k()為通過(guò)不斷滑動(dòng)比較尋找n時(shí)段內(nèi)，累積干旱強(qiáng)度的最大值；m為干旱過(guò)程總天數(shù)；n為干旱過(guò)程內(nèi)干旱持續(xù)天數(shù)，D(n)為累積干旱強(qiáng)度，按公式（4）計(jì)算：

式中：a為權(quán)重系數(shù)，一般取0.5～1.0，本文在干旱過(guò)程強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取0.5，在過(guò)程累積干旱強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取值1.0；I(i)為干旱過(guò)程內(nèi)第i天的區(qū)域日干旱強(qiáng)度的絕對(duì)值。

干旱過(guò)程強(qiáng)度等級(jí)采用百分位數(shù)法進(jìn)行劃分，基于湖北省76個(gè)國(guó)家站1961—2022年歷次干旱過(guò)程強(qiáng)度Z，分別以50%、80%、95%分位數(shù)將干旱過(guò)程強(qiáng)度劃分為一般、較強(qiáng)、強(qiáng)和特強(qiáng)4級(jí)（表2）。

表2 區(qū)域性干旱過(guò)程強(qiáng)度等級(jí)劃分Tab.2 Intensity grades of regional drought processes

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫事件時(shí)空變化特征

2.1.1 年平均高溫日數(shù)空間分布

圖1為1961—2022年湖北省年平均高溫日數(shù)空間分布?？梢钥闯?，年平均高溫日數(shù)空間分布差異性較大，最大值出現(xiàn)在興山，多達(dá)42.7 d，最少值出現(xiàn)在利川，僅0.1 d。三峽河谷和鄂東南大部為25～37 d，鄂東北東部、鄂西南東部及鄂西北西部20～25 d，鄂西北東部和鄂東北西部15～20 d，江漢平原大部和恩施大部10～15 d，而恩施西部和神農(nóng)架林區(qū)則不足10 d。

圖1 1961—2022年湖北省年平均高溫日數(shù)空間分布Fig.1 Spatial distribution of annual average high temperature days in Hubei Province during 1961-2022

2.1.2 高溫日數(shù)年際變化

圖2為1961—2022年湖北省平均高溫日數(shù)逐年變化。可以看出，平均高溫日數(shù)的年際變化較大，最多可達(dá)48.4 d（2022年），最少只有5.6 d（1987年）。多年平均高溫日數(shù)19.9 d，其中35≤Tmax＜37℃、37≤Tmax＜40℃、Tmax≥40℃日數(shù)分別有14.2、5.4、0.3 d。近62 a中共有15 a平均高溫日數(shù)超25 d，其中有8 a發(fā)生在2000年以后（2005、2006、2009、2013、2016、2018、2019、2022年），平均高溫日數(shù)呈明顯增加趨勢(shì)，平均每10 a增加1.3 d；高溫日數(shù)也存在一段低值期（1980—1993年）。

圖2 1961—2022年湖北省平均高溫日數(shù)逐年變化Fig.2 Interannual variation of average high temperature days in Hubei Province during 1961-2022

2.1.3 典型高溫過(guò)程特征

基于區(qū)域性高溫過(guò)程監(jiān)測(cè)指標(biāo)識(shí)別出湖北省1961年以來(lái)區(qū)域性高溫過(guò)程共計(jì)165次，平均每年發(fā)生2.7次，過(guò)程最早6月1日（2005年）開(kāi)始，最晚9月26日（2021年）結(jié)束；過(guò)程持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)39 d（2019年），最短僅5 d。從長(zhǎng)時(shí)間序列來(lái)看，近年來(lái)區(qū)域性高溫過(guò)程有明顯增加趨勢(shì)，165次過(guò)程中有67次發(fā)生在21世紀(jì)。綜合考慮高溫強(qiáng)度、發(fā)生范圍和持續(xù)時(shí)間，統(tǒng)計(jì)歷次過(guò)程綜合強(qiáng)度并進(jìn)行排位（表3），可知1961年以來(lái)最強(qiáng)的10次高溫過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)間最早出現(xiàn)在7月4日（1988年），最晚在7月30日（2022年）；結(jié)束時(shí)間最早在7月26日（1988年），最晚在8月28日（2019、2022年）；過(guò)程持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為2019年，達(dá)到39 d，最短為2003年，僅持續(xù)18 d；過(guò)程內(nèi)最高氣溫Tmax≥35℃、Tmax≥37℃、Tmax≥40℃覆蓋范圍最大分別達(dá)100%、98.7%、60.5%。從長(zhǎng)時(shí)間序列來(lái)看，1961年以來(lái)最強(qiáng)的10次高溫過(guò)程有6次出 現(xiàn)在21世紀(jì)，其 中 有5次（2013、2017、2018、2019、2022年）發(fā)生在2010年以后，且有連年發(fā)生的趨勢(shì)。

表3 1961—2022年湖北省最強(qiáng)10次高溫過(guò)程氣候特征Tab.3 Climate characteristics of the top 10 regional high temperature processes in Hubei Province during 1961-2022

2022年7月30日至8月28日高溫過(guò)程綜合強(qiáng)度為1961年以來(lái)最強(qiáng)，過(guò)程內(nèi)最高氣溫Tmax≥35℃、Tmax≥37℃、Tmax≥40℃的覆蓋范圍，Tmax≥37℃、Tmax≥40℃平均日數(shù)，平均最高氣溫、最低氣溫，單站極端最高氣溫等8項(xiàng)指標(biāo)均位列歷史首位。呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：

（1）覆蓋范圍廣。全省各縣（市）均出現(xiàn)高溫日（日最高氣溫Tmax≥35℃），98.7%的站點(diǎn)出現(xiàn)炎熱日（日最高氣溫Tmax≥37℃），60.5%的站點(diǎn)出現(xiàn)酷熱日（日最高氣溫Tmax≥40℃）。

（2）極端性強(qiáng)。過(guò)程平均、最高和最低氣溫較歷史同期偏高2.6～4.7℃，均為1961年以來(lái)最高。全省大部極端最高氣溫在37℃以上，其中竹山以44.6℃（8月13日）創(chuàng)下有氣象記錄以來(lái)湖北省最高氣溫紀(jì)錄。竹山等36縣（市）最高氣溫、赤壁（36.3℃，8月20日）等38縣（市）平均氣溫、赤壁（32.5℃，8月15日）等28縣（市）最低氣溫突破或追平建站以來(lái)最高紀(jì)錄。

（3）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。除鄂西南局部外，全省大部高溫日數(shù)在20～28 d，通山（35 d，7月24日至8月27日）等40縣（市）連續(xù)高溫日數(shù)、竹山（28 d）等42縣（市）連續(xù)炎熱日數(shù)突破歷史紀(jì)錄，其中竹山8月3—15日連續(xù)13 d超40℃，創(chuàng)湖北歷史最多。

（4）影響廣。過(guò)程期間正值秋糧油作物產(chǎn)量形成和需水關(guān)鍵期，持續(xù)異常高溫對(duì)中稻開(kāi)花授粉以及棉花蕾鈴生長(zhǎng)造成了一定不利影響，部分灌溉水源條件較差的田塊出現(xiàn)土壤缺水缺墑，疊加高溫影響，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成造成的影響更大。據(jù)調(diào)查，中遲熟中稻正值抽穗揚(yáng)花期，高溫造成結(jié)實(shí)率下降，如浠水縣清泉鎮(zhèn)7月28日前后抽穗揚(yáng)花的田塊，結(jié)實(shí)率僅為68.1%；早熟中稻和玉米灌漿受阻，灌漿速率下降，千粒重下降；多地棉花頂部新生蕾鈴有干枯脫落現(xiàn)象。持續(xù)性高溫天氣顯著增加了人群中暑和健康風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)高溫中暑氣象指數(shù)模型［32］計(jì)算結(jié)果［圖3（a）］，7月30日至8月28日全省40%以上區(qū)域?yàn)椤耙装l(fā)生中暑”等級(jí)，其中8月14—15日、20—21日超過(guò)50%區(qū)域?yàn)椤皹O易發(fā)生中暑”等級(jí)。持續(xù)高溫使湖北省用電量居高不下，7月30日至8月28日高溫期間湖北省90%以上區(qū)域氣象敏感用電量等級(jí)［33］維持在“高敏感用電量”和“尖峰敏感用電量”級(jí)別［圖3（b）］，8月3—22日50%以上區(qū)域?yàn)椤凹夥迕舾杏秒娏俊钡燃?jí)。2022年8月湖北省全社會(huì)用電量達(dá)299.42億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)27.9%，創(chuàng)2018年以來(lái)的新高（圖4）。

圖3 2022年7月30日至8月28日湖北省高溫中暑氣象等級(jí)（a）與氣象敏感用電量等級(jí)（b）站次比逐日變化Fig.3 Daily variation of ratio of station numbers with each level of heatstroke（a）and weather-caused power consuming（b）in Hubei Province from July 30 to August 28，2022

圖4 2018年1月至2022年8月湖北省全社會(huì)用電量逐月變化Fig.4 Monthly variation of electricity consumption in Hubei Province from January 2018 to August 2022

2.2 干旱事件時(shí)空變化特征

2.2.1 干旱日數(shù)空間分布

圖5為1961—2022年夏秋季湖北省輕度及以上干旱日數(shù)空間分布。湖北省干旱日數(shù)總體呈北多南少分布，最大值出現(xiàn)在鄖陽(yáng)，多達(dá)131 d，最小值出現(xiàn)在鶴峰，為67 d。鄂北崗地至鄂中丘陵一帶干旱日數(shù)120～130 d，恩施和鄂東南大部90 d以內(nèi)，其他地區(qū)90～120 d。

圖5 1961—2022年夏秋季湖北省輕度及以上干旱日數(shù)的空間分布（單位：d）Fig.5 Spatial distribution of mild and more severe drought days in Hubei Province in summer and autumn during 1961-2022（Unit：d）

2.2.2 干旱日數(shù)年際變化

圖6為1961—2022年夏秋季湖北省不同強(qiáng)度等級(jí)平均干旱日數(shù)逐年變化。1961年以來(lái)湖北省有43 a夏秋季平均干旱日數(shù)在10 d以上，其中最大值出現(xiàn)在1966年，多達(dá)115 d，其次是2019年，為113 d。中旱及以上干旱日數(shù)達(dá)30 d以上的有7 a，達(dá)50 d以上的有2 a。干旱日數(shù)的年際變化趨勢(shì)不顯著，但呈現(xiàn)出群發(fā)連發(fā)特征，1966—1981年、1988—1992年、1997—2001年以及2018—2022年為干旱頻發(fā)期；1982—1987年和2002—2017年期間干旱日數(shù)相對(duì)較少。

圖6 1961—2022年夏秋季湖北省不同等級(jí)平均干旱日數(shù)逐年變化Fig.6 Interannual variation of average days of drought with different levels in Hubei Province in summer and autumn during 1961-2022

2.2.3 典型干旱過(guò)程比較

根據(jù)區(qū)域性干旱過(guò)程評(píng)估方法識(shí)別出湖北省1961—2022年夏秋季共發(fā)生41次區(qū)域性干旱過(guò)程，平均每10 a發(fā)生6.6次，其中特強(qiáng)干旱過(guò)程2次，強(qiáng)干旱過(guò)程5次，較強(qiáng)干旱過(guò)程14次，一般干旱過(guò)程20次。區(qū)域性干旱過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)間最早為5月6日（1981年），最晚為11月6日（2006年）；結(jié)束時(shí)間最早在6月11日（2020年），最晚在12月25日（1992年）；持續(xù)日數(shù)最長(zhǎng)達(dá)132 d（2019年），最短為15 d（1986年）。表4依據(jù)區(qū)域性干旱過(guò)程綜合強(qiáng)度列出歷史最強(qiáng)10次過(guò)程及其特征統(tǒng)計(jì)量，其中有4次出現(xiàn)在21世紀(jì)，2019年和2022年分別居歷史第2、3位。1961年以來(lái)夏秋季最強(qiáng)干旱過(guò)程發(fā)生在1966年7月27日至10月23日，過(guò)程持續(xù)89 d，過(guò)程內(nèi)累計(jì)降水量128.3 mm，較常年偏少57.2%，累計(jì)蒸散量346.3 mm，較降水量多218.0 mm，其間干旱最大發(fā)生站次比達(dá)100%［圖7（a）］。最長(zhǎng)干旱過(guò)程出現(xiàn)在2019年8月9日至12月18日，過(guò)程內(nèi)累計(jì)降水量165.7 mm，較常年偏少49.2%，累計(jì)蒸散量353.5 mm，較降水量多187.8 mm，其間連續(xù)無(wú)雨日數(shù)達(dá)14 d，干旱最大發(fā)生站次比達(dá)98.7%［圖7（b）］。

圖7 1966年7月1日至10月31日（a）與2019年7月1日至10月31日（b）湖北省不同等級(jí)干旱站次比變化Fig.7 Daily variation of ratio of station numbers of drought with different levels from July 1 to October 31，1966（a）and from July 1 to October 31，2019（b）in Hubei Province

表4 1961—2022年湖北地區(qū)最強(qiáng)10次干旱過(guò)程氣候特征Tab.4 Climate characteristics of the top 10 regional drought processes in Hubei Province during 1961-2022

2022年8月3日以來(lái)湖北省再次發(fā)生嚴(yán)重的夏秋連旱，截止10月20日綜合強(qiáng)度已居歷史第三強(qiáng)，干旱過(guò)程仍在持續(xù)，部分特征值已超過(guò)歷次過(guò)程。

（1）發(fā)生范圍廣。2022年夏秋季干旱過(guò)程最大站次比達(dá)100%，其中特旱等級(jí)的最大站次比達(dá)68.4%，超過(guò)2019年（55.3%），僅次于1966年（71.0%）。

（2）旱情發(fā)展快。2022年5月下旬湖北省出現(xiàn)輕度和中度氣象干旱，從6月1日至10月20日不同等級(jí)干旱站次比逐日變化（圖8）可以看出，6月以來(lái)旱情維持，8月4日后明顯升級(jí)，至8月下旬，干旱發(fā)生站次比由不足40%迅速擴(kuò)大至90%以上，特旱發(fā)生站次比由不足1%擴(kuò)大至20%以上，8月28日災(zāi)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與8月18日相比擴(kuò)大0.5倍（表5），干旱發(fā)展速度為歷次干旱過(guò)程所不及。

表5 湖北省干旱典型年的災(zāi)情情況統(tǒng)計(jì)Tab.5 Statistics of disasters in typical drought years in Hubei Province

圖8 2022年6月1日至10月20日湖北省不同等級(jí)干旱站次比變化Fig.8 Daily variation of ratio of station numbers of drought with different levels in Hubei Province from June 1 to October 20，2022

（3）災(zāi)害鏈長(zhǎng)。2022年夏秋季干旱與異常高溫及長(zhǎng)江流域性干旱疊加，形成了從氣象干旱到水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱的鏈?zhǔn)絺鬟f和深遠(yuǎn)影響。長(zhǎng)江漢口水文站自6月上旬的歷史同期最高水位，于7月上旬開(kāi)始迅速下降，至8月上旬起持續(xù)處于歷史同期最低水位（圖9），省內(nèi)各級(jí)水庫(kù)供水、航運(yùn)和發(fā)電等效益受到顯著影響；湖北省中東部約65%的區(qū)域20 cm土壤相對(duì)濕度在60%以下（圖10），出現(xiàn)不同程度土壤失墑和農(nóng)業(yè)干旱，9.617×105hm2農(nóng)作物受災(zāi)，絕收9.44×104hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失81.3億元人民幣；受高溫干旱不利氣象條件影響，湖北省水環(huán)境和空氣污染加劇，濕地和森林生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)退化，對(duì)生態(tài)質(zhì)量改善和碳減排目標(biāo)造成了較大影響；此外，干旱還造成居民用水用電緊張，近百萬(wàn)人需生活救助等。

圖9 2022年6月1日至9月30日長(zhǎng)江漢口水文站水位與歷史同期對(duì)比Fig.9 Comparison of water level at Hankou hydrologic station from June 1 to September 30，2022 with the historical corresponding period during 1951-2021

圖10 2022年10月2日湖北省氣象干旱監(jiān)測(cè)（a）和基于CLDAS產(chǎn)品的土壤相對(duì)濕度（b，單位：%）Fig.10 Monitoring of meteorological drought（a）and CLDAS soil relative humidity（b，Unit：%）in Hubei Province on October 2，2022

2.3 高溫干旱復(fù)合事件變化特征

基于湖北省1961年以來(lái)歷次區(qū)域性高溫和干旱事件，將年內(nèi)區(qū)域性高溫過(guò)程累計(jì)持續(xù)時(shí)間大于等于20 d確定為高溫年，年內(nèi)夏秋季區(qū)域性干旱過(guò)程累計(jì)持續(xù)時(shí)間大于等于20 d確定為干旱年，年內(nèi)區(qū)域性高溫與干旱過(guò)程同時(shí)發(fā)生且重合日數(shù)大于等于10 d確定為高溫干旱年。1961—2022年夏秋季，湖北省共出現(xiàn)典型高溫年22 a，典型干旱年24 a，其中高溫干旱并發(fā)的年份有15 a，約68.2%的高溫年份伴隨干旱過(guò)程，約62.5%的干旱年份伴隨高溫過(guò)程。高溫干旱復(fù)合事件在20世紀(jì)60年代至90年代分別出現(xiàn)2、4、2、1次，21世紀(jì)以來(lái)的近20 a共出現(xiàn)6次，2010年之后的干旱事件均伴隨高溫過(guò)程，高溫干旱復(fù)合事件的發(fā)生頻次有明顯增加趨勢(shì)，且呈現(xiàn)間隔期縮短、連年發(fā)生的特征（圖11）。

圖11 1961—2022年湖北省高溫年、干旱年及高溫干旱年時(shí)序圖Fig.11 Sequence diagram of hot years，drought years and compound hot and drought years in Hubei during 1961-2022

ZSCHEISCHLER等［8］通過(guò)對(duì)高溫和干旱之間的關(guān)系研究認(rèn)為，受陸地和大氣相互反饋的影響，當(dāng)天氣尺度系統(tǒng)有利于高溫發(fā)生時(shí)，通常不利于降水發(fā)生。SARHADI等［34］和YU等［22］也指出，即使干旱的發(fā)生頻率不變，高溫干旱復(fù)合型事件也會(huì)隨著高溫事件的增加而增加。可見(jiàn)，湖北省高溫干旱復(fù)合事件趨多增強(qiáng)的趨勢(shì)與全球氣候變化以及世界其他地區(qū)高溫干旱事件變化的趨勢(shì)一致。同時(shí)，湖北省地處中緯度歐亞大陸腹地典型季風(fēng)氣候區(qū)，盛夏季節(jié)受副熱帶高壓控制易形成高溫天氣，此期正值農(nóng)作物的活躍生長(zhǎng)期和需水關(guān)鍵期，伴隨著地表蒸散發(fā)的增強(qiáng)和土壤快速失墑，極易形成驟發(fā)型干旱并造成較大影響［35-36］，在全球變暖和季風(fēng)氣候年際變異增大的背景下，高溫干旱復(fù)合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的加劇將更加突出。

3 結(jié)論與討論

湖北省區(qū)域性高溫過(guò)程平均每年發(fā)生2.7次，近62 a來(lái)呈趨多增強(qiáng)態(tài)勢(shì)。1961年以來(lái)最強(qiáng)的10次高溫過(guò)程有6次出現(xiàn)在21世紀(jì)，其中5次發(fā)生在2010年以后，且有連年發(fā)生的趨勢(shì)。2022年夏季高溫過(guò)程綜合強(qiáng)度為1961年以來(lái)最強(qiáng)，呈覆蓋范圍廣、極端性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響廣的特點(diǎn)，其間竹山以44.6℃創(chuàng)下有氣象記錄以來(lái)湖北省最高氣溫紀(jì)錄。

湖北省夏秋季區(qū)域性干旱過(guò)程年際變化趨勢(shì)不顯著，但呈現(xiàn)出群發(fā)、連發(fā)特征，1966—1981年、1988—1992年、1997—2001年 以 及2018—2022年為干旱頻發(fā)期。1961年以來(lái)共發(fā)生41次區(qū)域性干旱過(guò)程，平均每10 a發(fā)生6.6次。最強(qiáng)的10次區(qū)域性干旱過(guò)程中有4次出現(xiàn)在21世紀(jì)，其中2019年和2022年分別為第2、3強(qiáng)。干旱過(guò)程內(nèi)降水與蒸發(fā)的虧缺程度、過(guò)程發(fā)展速度、過(guò)程強(qiáng)度及其造成的影響呈加劇態(tài)勢(shì)。

湖北省夏秋季區(qū)域性高溫干旱復(fù)合事件有頻次增多、影響加劇的趨勢(shì)。1961年以來(lái)共出現(xiàn)典型高溫年22 a，典型干旱年24 a，高溫干旱同時(shí)發(fā)生的年份有15 a，其中1961—2000年共出現(xiàn)9次，21世紀(jì)以來(lái)的近20 a共出現(xiàn)6次。2010年之后的干旱事件均伴隨高溫過(guò)程，高溫干旱復(fù)合事件的發(fā)生頻次明顯增加，且呈現(xiàn)間隔期縮短、影響加劇的趨勢(shì)。2022年夏秋季高溫干旱與長(zhǎng)江流域性干旱疊加，產(chǎn)生了氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱的鏈?zhǔn)綇?fù)雜影響。

全球氣候變暖引起極端氣候事件頻發(fā)、重發(fā)已成為氣候新常態(tài)［27，37-38］。21世紀(jì)以來(lái)湖北省極端高溫和干旱事件頻率明顯增加，是全球氣候變暖背景下的區(qū)域響應(yīng)特征。2022年夏秋季湖北省乃至長(zhǎng)江流域再次發(fā)生異常高溫干旱災(zāi)害，多地高溫強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和極端少雨的程度及其對(duì)水資源、農(nóng)業(yè)、生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的影響之深遠(yuǎn)歷史罕見(jiàn)，其呈現(xiàn)出的新特點(diǎn)和內(nèi)在成因應(yīng)引起足夠的重視和深入的研究。未來(lái)亟須深入開(kāi)展高溫干旱復(fù)合事件對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提高區(qū)域內(nèi)自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的適應(yīng)能力，有效降低極端氣候事件可能造成的重大風(fēng)險(xiǎn)，保障經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。