全球气候变暖加剧了气候系统的不稳定,极端事件成为“新常态”。2021年8月,联合国政府间气候变化专门委员会发布的第6次评估报告显示^[1],未来每0.5 ℃的增暖都会显著改变全球大部分地区极端天气与气候事件的频率和强度,包括极端温度、极端降水、台风、干旱等。诸多研究表明,随着全球变暖,全球大部地区极端高温事件重现期将缩短,干旱和极端降水强度及频率将增加,台风发生频率略微减少或保持不变,但强台风的比率有所升高^{[1⇓⇓⇓⇓⇓-7]}。中国气温亦经历了2次快速上升和2次平缓的阶段性变化,整体与全球气候变暖一致^[8]。随着气候变暖的持续,中国气象灾害的风险也在增加^[9⇓⇓-12]。中国气象局国家气候中心发布的全国气候影响评价显示,目前中国遭受的气象灾害直接经济损失一直高居不下。虽然极端天气气候事件发生概率小,但其突发性强、灾害链条长,致灾强度大。因此,系统总结评估中国气候特征和气象灾害及影响,揭示气象灾害时空变化规律及其极端特征,尤其是时空的细节变化,而不仅限于频率、强度等基本指标的变化^[11],是应对日益增加的气候风险威胁和灾害影响的有效手段,亦可为气候与气候变化研究以及防灾减灾提供一定参考,促进适用于气候变化研究与社会服务需求的灾害风险指数构建或改进,推动气象灾害风险评估业务发展,显著提升各类灾害归因的确定性。为此,本文利用1961—2021年中国区域2400余站地面气象观测资料,根据2019年中国气象局发布的《区域性重要过程监测和评价业务规定》,对2021年夏季中国气候基本概况及主要气象灾害进行全面分析,并在此基础上结合各类灾害过程时空变异特征,阐述各类重大灾害性天气气候事件的特征及影响。

使用了1961—2021年中国区域2400余个地面气象观测站逐日平均气温、最高气温和降水量等气象要素观测资料(由中国气象局国家气象信息中心提供)以及2400余站2021年逐日综合气象干旱指数(meteorological drought composite index,MCI)数据集(由中国气象局国家气候中心提供)^[13]。

根据2019年中国气象局发布的《区域性重要过程监测和评价业务规定》(气预函[2019]63号)中的方法^{[14⇓⇓-17]},识别2021年夏季(6—8月)暴雨、高温和干旱3种区域性天气过程,并计算上述区域性灾害天气过程的持续时间、影响范围等特征量。气候平均(即常年)采用1981—2010年平均值。文中涉及的中国地图经自然资源部地图技术审查中心审查合格,其审图号为GS(2019)1786号。

2021年夏季,中国平均气温为21.7 ℃,较常年同期(20.9 ℃)偏高0.8 ℃,为1961年以来第6暖季,前5个暖季分别为2018、2016、2006、2010和2013年夏季;各月平均气温均偏高,7月偏高(1.22 ℃)最多,为历史同期次高。从空间分布(图1)来看,2021年夏季全国大部地区气温接近常年同期或偏高,黑龙江东部、西藏大部、青海南部、甘肃大部、宁夏大部、云南北部、广西东北部、湖南南部等地偏高1~2 ℃。宁夏、广西平均气温为1961年以来历史同期最高,湖南为次高。湖南、湖北、江苏、广东、广西、贵州、福建、甘肃、宁夏、陕西、四川、海南、云南等地共303站发生极端高温事件,极端高温事件站次比(发生站次数与地面观测总站数之比)为0.27,较常年同期(0.11)和2020年同期(0.11)均偏大0.16。其中,云南云龙(42.6 ℃,6月4日)、内蒙古吉兰太(41.9 ℃,7月9日)和乌海(41.5 ℃,7月9日)等14个省(区)共50站日最高气温突破历史极值。

2021年夏季,中国平均降水量为334.8 mm,较常年同期(326.5 mm)偏多2.5%,较2020年同期(373.0 mm)偏少10.2%;除6月外,7月和8月降水量较常年同期均偏多。与常年同期相比,东北地区西部、华北中东部、黄淮、江淮、江南东北部、江汉西部、西南地区东北部及内蒙古东部、台湾等地2021年夏季降水量偏多2成至1倍,河南北部、新疆西南部等地偏多1~2倍,局地偏多2倍以上;江南南部、华南大部及黑龙江东北部、山西西部、内蒙古西部、甘肃、宁夏、新疆中部和东南部等地偏少2~8成,局地偏少8成以上(图2)。2021年夏季,台湾降水量为1979年以来历年同期最多,河南和浙江均为1961年以来历史同期最多,而宁夏则为1961年以来历史同期最少。从各大流域来看,除珠江流域(549 mm)和黄河流域(248.3 mm)降水量较常年同期偏少外,其他流域降水量均偏多,海河流域(490.1 mm)和淮河流域(661.4 mm)较常年分别偏多49.7%和39.5%,但各大流域水量总体平稳,仅中小河流洪水频发,如6月21日嫩江出现2021年第1号洪水。

2021年夏季,中国平均降水日数(日降水量大于等于0.1 mm的天数)45.6 d,较常年同期偏少。其中,东北大部、华北东部、黄淮西部、江淮南部、江汉、江南东部、华南、西南地区、西北地区东南部及内蒙古东部、西藏东部等地降水日数大于40 d,江南东部、华南东部、西南地区西部、西北地区东南部及西藏东部、内蒙古东北部等地降水日数为50~60 d;中国其余大部地区降水日数低于40 d,西北地区北部及内蒙古西部、新疆大部、西藏西部等地降水日数不足30 d(图略)。与常年同期相比,除华北东北部及辽宁西北部、吉林西部、内蒙古东北部等地2021年夏季降水日数偏多3 d以上外,全国其余大部地区降水日数接近常年同期或偏少。

2021年夏季,全国出现暴雨(日降水量大于等于50 mm)共4684个站日(某台站日降水量达到暴雨量级则记为1个站日),较常年同期偏多19.1%。经统计,河南、江苏、浙江、河北、北京、山东、山西、四川、福建、贵州、甘肃、陕西、内蒙古、黑龙江、新疆等地共240站发生极端降水事件^[18],极端降水事件站次比为0.12,较常年同期偏大0.04。其中,河南郑州(552.5 mm)、四川渠县(334.0 mm)、江苏泗阳(322.3 mm)、湖北宜城(312.9 mm)等60站日降水量突破历史极值;四川盐源(41 d)、内蒙古富河(40 d)等56站连续降水日数突破历史极值;河南郑州(852.0 mm)、福建长乐(558.3 mm)、浙江绍兴(507.4 mm)等58站连续降水量(日降水量连续大于等于0.1 mm的累计值)突破历史极值。

2021年,亚洲夏季风系统爆发时间总体偏晚,南海夏季风总体偏强,印度夏季风和东亚夏季风在盛夏阶段明显偏强。受其影响,中国东部雨季进程呈阶段性和转折性变化特征,南方雨季开始时间偏晚、强度偏弱,而北方雨季开始时间偏早、强度偏强。其中,西南雨季、华南前汛期降水开始时间均偏晚,且后者强度偏弱;梅雨期降水开始时间总体偏早,前期降水有明显的间歇期且强度偏弱,后期强度偏强;华西秋雨、华北雨季开始时间偏早,且后者强度明显偏强。因此,2021年夏季多雨区主要集中在中国北方地区。

2021年夏季,中国气候暖湿特征明显,涝重于旱,极端天气气候事件多发、强发、广发、并发。

2021年夏季,西北太平洋及南海共有12个台风生成,较常年同期(11.2个)略偏多,其中3个登陆中国(2106号台风“烟花”、2107号台风“查帕卡”、2109号台风“卢碧”),较常年同期(4.6个)偏少1.6个,共造成567万人次受灾,直接经济损失达280.8亿元人民币^[19]。初台(2107号台风“查帕卡”)登陆时间(7月20日)较常年(6月17日)偏晚33 d。第6号台风“烟花”于7月25日和26日分别在浙江舟山和平湖登陆,为1949年以来首个在浙江省境内两次登陆的台风,由于该台风移动速度慢、陆上滞留时间长(表1)、风力大、雨量大、影响范围广,造成浙江、上海、江苏、安徽、山东、河南等8省(区、市)408万人受灾,8700余间房屋损坏,直接经济损失达129亿元人民币^[19]。

2021年夏季,中国共发生16次区域性暴雨天气过程,较常年同期(20.9次)偏少4.9次,但黄淮中部、江淮北部及河北东南部、湖北西部、重庆北部、四川东北部等地偏多1~2次,局地偏多2次以上(图3)。其中,6月27日至7月7日、7月15—22日和7月24—30日3次过程综合强度较高。

6月27日至7月7日区域暴雨过程持续时间长、影响范围广、降水强度大,江淮大部、江汉南部、江南大部、西南地区东部、广西北部等地过程雨量超过100 mm,其中安徽西南部、浙江西部、江西西北部、湖南中西部、福建西北部、广西北部部分地区超过200 mm,局地超过300 mm[图4(a)]。受此次强降雨影响,部分中小河流出现超警戒水位,四川、湖北、安徽、贵州、江西、云南、福建等部分地区遭受暴雨洪涝灾害。

7月15—22日,华北中部和南部、黄淮西部和南部、江淮北部及四川东部等地累计雨量超过100 mm,河北南部、河南中部和北部等地累计降水量为200~300 mm,局地超过300 mm[图4(b)],河南44站、河北12站、山西5站日降水量超过历史极值,河南52站、河北16站、山东8站、山西7站连续降水量超过历史极值。其中,郑州站最大小时雨量达201.9 mm[20日16:00—17:00(北京时)],3 h、6 h降水量分别达310.8、389.7 mm,均创历史极值,且最大小时雨量超过“75·8”暴雨(189.5 mm)^[20],创中国大陆有记录以来历史极值。此次极端暴雨过程导致郑州、新乡、鹤壁、安阳等16市150县(市、区)发生严重内涝,造成重大人员伤亡和巨大经济损失^[19]。

7月24—30日,华北东部、黄淮中东部、江淮大部、江南东北部等地累计降水量超过100 mm,江苏西部和南部、上海、浙江东北部降水量为200~300 mm,部分沿海地区降水量超过250 mm[图4(c)],江苏7站日降水量超过历史极值,河南13站、江苏2站、上海2站、浙江3站连续降水量超过历史极值。

2021年夏季,中国平均高温(日最高气温大于等于35 ℃)日数为9.1 d,较常年同期(6.9 d)偏多2.2 d;江南大部、华南及内蒙古西北部、新疆东部等地高温日数普遍为20~30 d,部分地区超过30 d,其中江西南部、湖南南部、广东西北部、广西东部和南部、海南东部等地较常年同期偏多10 d以上(图略)。其间,全国共出现7次阶段性区域高温过程,较常年同期(3.6次)偏多3.4次,与1963、1972年同期并列第一[图5(a)]。就空间分布[图5(b)]而言,除新疆西北部、内蒙古东部、东北地区、河北北部外,全国其余大部地区区域高温过程累计频次接近常年同期或偏多,黄淮中西部、江淮西北部及河北东南部、山西西部、陕西东部和南部等地较常年同期偏多2~3次,局地偏多3次以上。其中,7月3—18日和7月20日至8月9日2次高温过程综合强度较高。

7月3—18日,江南、华南、新疆等地出现持续高温,浙江大部、福建大部、江西中南部、湖南东南部、广东北部和西部、新疆东南部等地高温日数普遍在9~12 d之间,部分地区为12~15 d[图6(a)]。其中,新疆吐鲁番(46.8 ℃)、托克逊(45.8 ℃)日最高气温超过40 ℃,甘肃、内蒙古、宁夏等3省(区)的7站高温突破历史极值(表略)。

7月20日至8月9日,新疆东部高温持续,南方高温区西移,江西南部、湖南大部、广东西北部、广西中北部、重庆西南部等地持续高温日数多为12~15 d,部分地区超过15 d[图6(b)]。其中,新疆托克逊(46.5 ℃)、吐鲁番(46.2 ℃)日最高气温超过40 ℃,广西、湖南、广东、四川等地39站高温突破历史极值。

2021年夏季,中国共出现3次阶段性区域干旱过程,分别是5月27日至6月14日的西南干旱、6月17日至7月2日的华南干旱、7月27日至8月21日的西北干旱,较常年同期(1.9次)偏多1.1次。就干旱频次距平空间分布(图7)而言,除华南东南部和西部、贵州西部、重庆西南部、四川南部、云南西部和东北部、甘肃西南部等地干旱频次较常年偏多1~2次,局地偏多2.5次,全国其余大部地区接近常年同期或偏少。

西南地区气象干旱阶段性明显,初夏气象干旱强度总体较强[图8(a)]。进入6月,西南地区气象干旱持续发展,7日云南北部、四川南部和西部、贵州西北部等地中旱及以上面积扩展至37.1万km²,特旱面积达14.7万km²;随后,干旱经历短暂减弱后再度持续发展,但整体强度不如前期。7月,西南地区气象干旱缓和,至月底仅局地存在中度及以上气象干旱。进入8月,西南地区气象干旱再次露头发展,8日云南中西部、四川南部和西部、贵州西北部等地中旱及以上面积发展至最大,有30.8万km²,13日后干旱开始缓解至解除。

华南地区高温少雨,气象干旱阶段性发展,7月气象干旱强度总体较强[图8(b)]。6月,华南地区气象干旱强度总体较轻,仅局部地区存在重旱。进入7月后,气象干旱迅速发展,仅在下旬有短暂减弱,31日华南大部中旱及以上面积达到最大,为23.1万km²。8月初,气象干旱稍有缓和、干旱面积缩小,华南东部存在中度及以上气象干旱,局地存在重旱;8月上中旬,华南地区出现明显降水过程,受其影响,华南气象干旱基本缓解,16日中度及以上气象干旱面积缩减至最小,仅有2.1万km²;此后,由于降水较少,广西气象干旱再次露头并持续发展,31日广西东部存在中度及以上气象干旱,局地存在重旱。

西北地区东部高温少雨,气象干旱阶段性发展[图8(c)]。6月,西北地区气象干旱强度较轻、日波动不大,局地存在重度及以上气象干旱。进入7月,气象干旱开始持续发展,30日新疆北部、宁夏南部、陕西北部等地中度及以上气象干旱面积达到最大,有45.6万km²。8月初,气象干旱有所缓和,中旱及以上面积快速降至25万km²以下,仅集中分布在宁夏南部、陕西北部等地;随后,气象干旱略有发展,14日甘肃南部、宁夏、陕西中部和北部等地中旱及以上面积增大至33.1万km²,局地出现特旱;18—19日,西北地区东部出现明显降水过程,受其影响,西北地区气象干旱有所缓和,重度及以上气象干旱面积明显减少,31日中度及以上气象干旱仅分布在甘肃南部、宁夏大部、陕西北部等地。

2021年夏季,中国气象灾害形势复杂严峻,极端天气气候复合事件多发,以暴雨洪涝、高温、干旱灾害为主,灾害的阶段性和区域性特征显著,气候状况总体偏差。与常年同期相比,北方雨季开始时间偏早、强度偏强,南方雨季开始时间偏晚、强度偏弱,且台风登陆个数偏少,故而北方部分省(区、市)灾害损失高于南方。主要结论如下:

(1)2021年夏季,中国平均气温较常年同期偏高0.8 ℃,为1961年以来第6暖季,宁夏、广西均为1961年以来历史同期最高,湖南为次高,13个省(区)共303站发生极端高温事件,14个省(区)共50站日最高气温突破历史极值。

(2)2021年夏季,中国平均降水量较常年同期偏多2.5%,台湾为1979年以来历年同期最多,河南和浙江为1961年以来历史同期最多,而宁夏为1961年以来历史同期最少;海河、淮河流域较常年同期分别偏多49.7%和39.5%,均为1961年以来第4多;全国共出现暴雨4684个站日,较常年同期偏多19.1%,15个省(区、市)共240站发生极端降水事件, 60站日降水量、56站连续降水日数、58站连续降水量突破历史极值。

(3)2021年,亚洲夏季风爆发时间总体偏晚,南海夏季风总体偏强,印度季风和东亚季风在盛夏阶段明显偏强。受其影响,中国东部雨季进程呈阶段性和转折性变化特征,南方雨季开始时间偏晚、强度偏弱,而北方雨季开始时间偏早、强度偏强,多雨区主要集中在北方。

(4)2021年夏季,台风生成个数略偏多,但登陆个数偏少,2106号“烟花”为1949年以来陆地滞留时间最长的台风,其影响范围广。区域暴雨过程较常年同期偏少4.9次,但极端性强,华北、黄淮、江汉等地相继遭受严重洪涝灾害,其中7月中下旬河南特大暴雨洪涝灾害波及16市150县(市、区);阶段性高温天气多发,区域高温过程较常年同期偏多3.4次,主要影响黄淮、江南、华南、西北地区东部及内蒙古西部、新疆南部等地;南、北方气象干旱并发,区域性、阶段性、复合性特征明显,区域干旱过程较常年同期偏多1.1次,华南、西北地区高温干旱复合发展。

受全球气候变化和人类活动共同影响,极端天气突发、多发、并发已成为全球面临的普遍性问题。研究表明,即使全球采取减排行动,现代气候变暖也不会停止或逆转,只能减缓其上升速度,未来气候变化与自然灾害仍不可能避免^[8,21]。因此,未来还需要在极端灾害天气应对方面进行长期实践和探索,充分考虑气候风险因素,重视不同区域、生态环境下极端天气气候事件的影响,加快研发相应的风险评估及防御技术,提升气候风险应对能力和气候韧性,以确保国家可持续发展。