2022年全球重大天氣氣候事件*

劉 遠 李 瑩 郭增元 張穎嫻 陳逸驍 丁 婷 王國復

國家氣候中心,中國氣象局氣候研究開放實驗室,北京 100081

提 要: 2022年,全球平均溫度比工業化前水平高出約1.15℃(±0.13℃),是第五暖年。全球海平面繼續上升,且加速上升趨勢明顯。北極海冰面積低于常年值,南極海冰面積創下歷史新低。巴基斯坦、韓國、印度、孟加拉國、澳大利亞東部、巴西和非洲中部和南部地區遭受暴雨洪澇;北非地區和東非大部分地區發生嚴重干旱;歐洲、中國、美國、日本、巴基斯坦和印度等地遭遇創紀錄的高溫熱浪;北美和歐洲遭受寒流和暴風雪侵襲;強對流天氣頻繁襲擊世界各地;全球共生成40個熱帶氣旋,數量和強度均低于歷史平均水平。成因分析表明,7月北半球副熱帶高壓帶異常強大以及歐洲上空持續的極強暖高壓,西歐地區整個對流層盛行下沉氣流,造成歐洲多地出現破紀錄的高溫熱浪;7—8月西太平洋副熱帶高壓異常強大且偏西,孟加拉灣地區東部的水汽輸送路徑折向印度北部和巴基斯坦,在南亞和東亞夏季風的共同作用下低層水汽輻合極為強盛,導致了極端降水事件的長時段維持和嚴重洪災的發生。

引 言

世界氣象組織最新數據顯示,2022年全球平均溫度比工業化前(1850—1900年)水平高出約1.15℃(±0.13℃),是第五暖年份,同時2015—2022年是有記錄以來最暖的八年(WMO,2022)。隨著時間推移,越來越有可能暫時突破《巴黎協定》1.5℃的限制。全球海洋熱容量創下歷史新高,2022年上層2000 m的熱容量超過了2021年創下的歷史記錄(Cheng et al,2023)。全球平均海平面繼續上升,近十年的上升速率超過4.6 mm·a-1(WMO,2022)。2022年北極海冰面積在大部分時間都低于1981—2010年平均值(C3S,2022),南極海冰面積在2月降至有記錄以來的最低水平(Turner et al,2022)。

2022年全球多地發生重大天氣氣候事件,包括全球多地遭受嚴重暴雨洪澇災害(Nanditha et al,2023),北半球多地遭受高溫熱浪、干旱和山火(Rodrigues et al,2023),北大西洋、東太平洋和南印度洋頻繁的氣旋活動,歐洲和北美等地遭受寒流和暴風雪侵襲,強對流天氣頻繁襲擊世界各地等。災害破壞了健康安全、糧食安全、能源安全和水安全以及基礎設施,造成了重大經濟損失和人員傷亡。據突發事件數據庫(Emergency Events Database,EM-DAT)(EM-DAT,2022)和慕尼黑再保險公司(Bevere and Remondi,2022)公布的統計數字,2022年全球氣象水文災害共造成約2100億美元的經濟損失,低于2021年經濟損失(2240億美元),高于近十年均值(2040億美元)。

氣候變化導致的天氣、氣候和水極端事件的數量在不斷增加。從20世紀70年代到21世紀10年代,由天氣、氣候和水極端事件造成的經濟損失增加了七倍(WMO,2021)。及時總結和梳理全球氣候特征和重大天氣氣候事件影響有助于更好地理解氣象災害風險并加快采取降低風險行動,從而支撐氣象災害風險管理工作更好地開展(秦大河,2015)。國家氣候中心長期關注中國和全球主要天氣氣候事件的發生、發展和影響(翟建青等,2021;張穎嫻等,2022),并對極端天氣氣候事件影響及風險評估開展了大量總結和復盤(李瑩和趙珊珊,2022;尹宜舟,2022;Liu et al,2023;Zhang et al,2022;2023)。本文側重對2022年全球主要氣候特征及重大天氣氣候事件進行綜述,所用的資料包括2022年全球氣候狀況報告(WMO,2022)、GPCC全球降水量觀測資料集和NCEP/NCAR大氣再分析數據集等。

1 全球重大天氣氣候事件概述

1.1 全球多地遭受嚴重暴雨洪澇災害

2022年,東北亞、東南亞、南亞西部、澳洲東南部、南美洲北部、北美局部和加勒比地區、非洲中部、阿拉伯半島南部等地降水量較常年偏多;歐洲、中亞、澳州北部、東非、北非大部、南美洲中部和南部以及北美中部和西部等地降水量較常年偏少(圖1)。2022年全球降水異常與拉尼娜現象有關,巴塔哥尼亞和北美洲西南部比常年干燥,而非洲南部、南美洲北部、海洋大陸和澳大利亞東部比常年更濕潤。東南亞經歷了更強烈和更長的季風降雨;肯尼亞、埃塞俄比亞和索馬里的大部分地區經歷了連續5個低于平均水平的雨季(WMO et al,2022)。

圖1 2022年全球總降水量在歷史基準期(1951—2000年)百分位序列中的位置(WMO,2022)Fig.1 Position of global total precipitation in 2022 in the percentile sequence of the 1951-2000 reference period (WMO, 2022)

在亞洲地區,6—8月,巴基斯坦頻繁遭遇強降水襲擊。巴基斯坦全國平均降水量6月偏多68%,7月偏多180%,8月偏多243%,其中7月和8月降水量均為1961年以來歷史同期最多。持續強降水導致巴基斯坦約三分之一國土被淹沒,超3300萬人受影響,近1700人死亡;主要農作物棉花被洪水沖毀,水果、蔬菜和大米等也遭受巨大損失,食品價格上漲了29%(WFP and FAO,2022),據估計洪澇災害造成的經濟損失近700億人民幣。8月7—11日,韓國首都圈遭遇極端暴雨事件,具有持續時間長、短時降水強、累計降水量大等特點。8日,首爾市韓國氣象廳附近1 h最大降水量達141.5 mm,3 h 最大降水量達259.0 mm,6 h最大降水量達303.5 mm,短時降水極強;首爾市8日降水量超過380 mm,不僅超過常年8月降水量,還突破日降水量歷史極值,為近百年來最大。韓國極端暴雨引發嚴重內澇,不少城市出現積水,地鐵站、地下設施進水嚴重,大量車輛被淹,一些地區出現山體滑坡,累計造成十余人死亡,超過7000人被迫撤離家園。印度和孟加拉國在季風季節的不同階段也發生了嚴重的洪水,印度東北部有600多人死于洪水和山體滑坡,另有900人死于雷暴災害。

在歐洲地區,9月15—16日,意大利中北部連降暴雨,導致山洪暴發,造成至少10人死亡。

在大洋洲地區,2月下旬至3月,澳大利亞東部發生多場洪水,造成22人死亡,數十萬人緊急轉移,近千所學校因洪水被迫關閉,隨后的供應鏈危機導致東部地區食品短缺,于3月9日進入國家緊急狀態,保險公司索賠額超過35億澳元。8月17—20日,新西蘭西部和北部地區連續3日遭遇特大暴雨襲擊,其中尼爾森地區4日出現降水,累計降水量達701 mm,超過了當地冬季平均降水量,暴雨引發道路、學校關閉及滑坡,新西蘭3個地區17日宣布進入緊急狀態。

在美洲地區,2021年12月底至2022年1月初,巴西東北部巴伊亞州遭遇連續強降雨,引發的洪水和山體滑坡導致數十人喪生,數萬人流離失所;1月下旬,巴西東南部圣保羅州至少有18人死于洪水;2月15日,巴西里約熱內盧的彼得羅波利斯市3 h 降水量達到258 mm,導致山洪暴發和山體滑坡,造成231人死亡;5月下旬,巴西東北部遭遇持續強降雨天氣,其中伯南布哥州部分地區27—29日累計降水量達到了常年5月總降水量的70%,持續強降水引發洪澇和滑坡等次生災害,導致該州上百人死亡。

在非洲地區,4月南非東部夸祖魯-納塔爾地區發生特大洪水,11—12日的累計降水量高達311 mm,超過400人死于洪水,4萬人流離失所,此次洪災造成交通、建筑和水利基礎設施損毀嚴重,影響了農產品儲存、加工、運輸以及市場消費。6—10月,尼日利亞遭遇十年來最嚴重洪澇災害,該國大部分地區7—9月的降水量達250～400 mm,遠超氣候均值,洪災造成超過600人死亡,140萬人流離失所,8.2萬棟住宅和大約11萬hm2農田被毀。

1.2 北半球多地遭受高溫熱浪、干旱和山火

在亞洲地區,4月下旬至5月上旬,南亞高壓系統給印度和巴基斯坦帶來異常高溫,多個地區創下了新的最高和最低氣溫紀錄。4月30日,巴基斯坦信德省雅各布阿巴德的氣溫飆升至49.0℃,比2018年創下的最高紀錄高1.0℃;卡拉奇機場的最低氣溫為29.4℃,也是該地區的新紀錄。6月,日本經歷了自1875年有記錄以來最嚴重的連續高溫天氣,6月25日群馬縣伊勢崎市最高氣溫達到40.1℃,刷新了6月日本最高氣溫紀錄,同時也是日本6月最高氣溫首次達到40.0℃。6月13日至8月30日,中國中東部地區出現了大范圍持續高溫天氣過程,此次高溫事件持續79 d,為1961年以來中國區域性高溫過程持續最長時間。持續高溫干旱對中國長江流域及其以南地區的農業生產、水資源供給、能源供應、生態系統平衡及人體健康產生較大影響。

在歐洲地區,5—8月出現持續性極端高溫天氣,歐洲經歷了有記錄以來最熱的夏季(6—8月)。法國、葡萄牙和西班牙經歷了有記錄以來最熱的5月;6月,高溫繼續席卷歐洲多個地區,整個歐洲經歷了有記錄以來第二熱的6月;7月,高溫熱浪從西班牙和葡萄牙開始,進一步向北和向東蔓延至法國、英國、中歐和北歐,英國于7月19日在林肯郡的科寧斯比創下了40.3℃的全國日最高氣溫紀錄,這是該國有史以來首次氣溫記錄超過40℃;8月,歐洲大部分地區氣溫仍高于平均水平。夏季高溫熱浪造成歐洲超半數地區處于干旱預警狀態。旱情導致歐洲部分國家的水庫蓄水量以及河流水位大幅下降,西班牙全國水庫蓄水量降至37.9%,創下1995年以來歷史新低;萊茵河德國段水位急劇下降,已嚴重影響到正常航運。同時,旱情還導致野火蔓延,嚴重破壞生態系統。2022年1月至8月中旬,歐洲部分地區已有超過74萬hm2森林被燒毀,創2006年以來的同期新高。僅西班牙2022年的森林大火過火面積就已經超過2018—2021年的總和。持續干旱還威脅能源供應,歐洲2022年1—7月水力發電量比去年同期減少兩成,核能發電量減少12%。

在北美地區,4月開始席卷南部平原的熱浪一直持續到夏季,美國得克薩斯州經歷了有記錄以來最溫暖的4—7月。美國夏季(6—8月)的平均溫度為23.3℃,是有記錄以來第三熱的夏季。9月的第一周,一股熱浪席卷了美國西部。10月16日,歷史性的同期熱浪席卷美國西北部地區和加拿大西南部地區,帶來夏季般的高溫,打破多項高溫紀錄。持續高溫導致美國中西部發生嚴重干旱,加利福尼亞州至少97%的土地處于嚴重干旱狀態。干旱導致多地山火頻發,發生頻數和燒毀面積都遠高于過去10年平均。干旱還導致農作物產量嚴重減產,其中棉花減產四成以上。受高溫干旱影響,作為美國農產品運輸主要航道的密西西比河水位達10年來最低,部分駁船通道關閉。

在非洲地區,北非地區和東非大部分地區在過去3～4年間一直處于干旱狀態。2022年,東非經歷了連續第四個干旱的雨季,導致多國遭遇40年來最嚴重干旱。干旱導致糧食歉收甚至絕收,埃塞俄比亞、索馬里和肯尼亞的2300多萬人面臨嚴重饑荒。

1.3 熱帶氣旋數量和強度均低于歷史平均水平

2022年,全球共生成40個熱帶氣旋,數量和強度均低于歷史平均水平。北大西洋、東太平洋和南印度洋的氣旋活動接近正常,其他地區的氣旋活動都低于正常水平,其中西太平洋連續3年低于正常水平。

在北大西洋,9月24日,颶風菲奧娜登陸加拿大新斯科舍省,造成當地2人死亡、大面積斷電,成為加拿大近20年以來最強、損失最慘重的颶風,颶風還引發洪災,導致美國海外屬地波多黎各全境斷電。9月27日,颶風伊恩先后在古巴西部、美國佛羅里達州西南部登陸,造成美國數百萬人斷電和百余人死亡,成為美國有記錄以來損失第三重的颶風,僅次于颶風卡特里娜和哈維。11月10日,颶風妮可在佛羅里達州東部登陸,帶來大規模降水并引發洪澇,是1985年以來11月首次登陸佛羅里達州的颶風。

在東太平洋,5月30日,颶風阿加莎在墨西哥瓦哈卡州登陸,造成當地11人死亡,超過4萬人受到影響,這是自1949年有記錄以來5月襲擊墨西哥沿岸最強的太平洋颶風。10月9日,颶風茱莉亞襲擊尼加拉瓜中部加勒比海岸,給中美洲帶來了暴雨,并在多國引發洪澇和山體滑坡等災害,造成近百人遇難。10月,颶風奧琳和羅斯林在墨西哥海岸的同一地區登陸,相隔僅3周,其中羅斯林是2015年以來登陸墨西哥的最強東太平洋颶風。

在西太平洋,4月10日,臺風鲇魚在菲律賓中部薩馬省登陸,其強度弱、生命周期短,但致災嚴重,造成菲律賓224人死亡,超過200萬人受災。9月6日,臺風軒嵐諾在韓國南部慶尚南道南岸登陸,是韓國歷史上最強臺風之一,其過境韓國時造成11人死亡。9月18日,臺風南瑪都登陸日本九州島指宿市沿海,登陸時中心附近最大風力為14級(45 m·s-1),造成當地約34萬戶居民停電,航班大面積取消,公路、鐵路等交通停駛。臺風奧鹿在9月25日和28日分別登陸菲律賓和越南,造成的農業損失超過了3.6億元人民幣。10月29日,臺風尼格襲擊菲律賓,造成160多人死亡;隨后于30日穿越菲律賓呂宋島移入南海,其不但令中國香港、中國澳門兩地發出半世紀以來首個于11月生效的八號熱帶氣旋警告,更是繼1954年后首個于11月正面吹襲兩地的熱帶氣旋。

在南半球,馬達加斯加受到前所未有的6個熱帶氣旋影響,其中影響最大的是熱帶氣旋巴齊雷,造成了大范圍的風災和洪澇,導致89人死亡。澳大利亞和西南太平洋地區的熱帶氣旋活躍程度低于歷史平均水平,其中西南太平洋是自2008/2009年以來首次未出現大型氣旋。

1.4 歐洲和北美等地遭受寒流和暴風雪侵襲

1月2—7日,冬季風暴從美國中部橫掃到大西洋沿岸的大片地區。根據監測,陣風的最高速度達到56 km·h-1,能見度近乎為0 m;馬里蘭、弗吉尼亞、佐治亞、田納西和南卡羅來納等州積雪超過25 cm。此次暴風雪天氣造成馬里蘭、弗吉尼亞、佐治亞、田納西等37個州超過9000萬人受到影響,90萬戶家庭遭遇停電;美國東部多州出現交通嚴重堵塞,交通事故頻發,數百輛汽車被困,超過6500架次航班因暴風雪取消,多個政府部門臨時關閉。

2月18—19日,強風暴尤尼斯襲擊西歐等地多個國家,英國南部、英吉利海峽、北海南部、西歐及中歐北部沿海等地普遍出現8級以上大風,英國南部、英吉利海峽等地陣風超過10～12級。英國懷特島的尼德爾斯觀測到的最大陣風達16級(54.4 m·s-1),創英格蘭有史以來最大陣風紀錄。此次事件嚴重影響了鐵路、航空、航運系統;造成歐洲多國電網被破壞,數以百萬計的家庭和企業斷電;同時導致至少16人死亡,大量房屋建筑受損。

12月17—18日,莫斯科出現特大暴雪,降雪量達到莫斯科12月平均總降雪量的三分之一;積雪深度達38 cm,創當地同期最高紀錄。18日,莫斯科各機場約56個航班延誤或取消,多條道路因積雪出行受阻;部分地區人行道被大雪覆蓋,路面出現結冰,公共交通受到影響。

12月下旬,史詩級寒潮席卷美國。23日,美國中西部局部地區最低氣溫降至-40℃以下,費城遭遇近20年來最寒冷的圣誕節,美墨邊境城市埃爾帕索的氣溫降至-10℃以下,佛羅里達州氣溫也幾乎低于冰點,全美大約2.4億人收到極寒天氣預警。惡劣天氣導致美國多地建筑損毀、樹木倒塌、道路阻斷,大量航班被取消或延誤,數十萬戶居民停電,自來水水管凍裂帶來用水危機。

1.5 強對流天氣頻繁襲擊世界各地

在北美地區,2022年,美國記錄了1329次龍卷過程,高于1991—2020年美國年平均龍卷發生次數(1225次;NCEI,2023),相對發生較多的月份包括3月、4月、5月、6月和11月,每月都報告了百余次龍卷過程,其中3月的影響最為嚴重。3月5—6日,美國中西部出現55次龍卷過程,其中艾奧瓦州遭遇一場EF4級(最高風速達74～89 m·s-1)龍卷的襲擊,造成6人死亡和5人受傷;21—22日,美國中南部和南部多州爆發108次龍卷過程,其中新奧爾良市遭遇了有記錄以來最強的龍卷過程,大量建筑物被摧毀,造成2人死亡和多人受傷;30日,美國東南部又爆發83次龍卷風,其中佛羅里達州華盛頓縣最大風速達67 m·s-1,當地房屋、車輛和基礎設施被嚴重破壞,2人遇難。

在亞洲地區,2022年中國共記錄到25次龍卷過程,包括中等強度以上龍卷11次、強龍卷6次,與前3年均值持平。5月14日,黑龍江五常市遭遇短時大風襲擊,被判定為弱到中等強度的龍卷;7月臺風暹芭影響期間,廣東省記錄到5個龍卷發生;7月20日和22日,黃淮、江淮等地出現兩次大范圍強對流過程,極端性為入汛以來最強,江蘇北部、河南東部先后出現5個龍卷風。2022年印度經歷240次強對流天氣過程,超過111次雷擊事件發生,造成907人死亡,為近3年來最高水平。7月下旬,印度北方邦一周內49人因雷擊死亡。2022年全球重大天氣氣候事件如圖2所示。

圖2 2022年全球重大天氣氣候事件示意圖Fig.2 Diagram of global major weather and climate events in 2022

2 典型重大氣候事件成因分析

2.1 2022年7月歐洲極端高溫天氣成因分析

大氣環流異常是7月歐洲極端高溫熱浪最直接的誘因。2022年7月,歐洲上空被持續的極強暖高壓控制,在對流層低、中、高層,各層的位勢高度距平均超過2個標準差(圖3)。在暖高壓脊的控制之下,西歐地區整個對流層盛行下沉氣流,非常有利于地面增溫。加之在大范圍高壓帶的作用下,空氣干燥不易成云,也使得太陽輻射更容易到達地面,導致高溫持續增強,進而造成歐洲多地出現破紀錄的高溫熱浪。同時,2022年7月,北半球副熱帶高壓帶異常強大,也為歐洲地區高壓脊向北伸展提供了大尺度環流背景。

注:淺色和深色填色分別代表超過1倍和2倍標準差。圖3 2022年7月歐洲200、500和700 hPa高度場標準化距平(填色)和高度場原始值(等值線,單位:gpm)Fig.3 Standardized anomalies (colored) and original values (contour, unit: gpm) of the 200, 500 and 700 hPa geopotential height fields in Europe in July 2022

2.2 2022年巴基斯坦暴雨洪澇成因分析

南亞夏季風環流和東亞夏季風環流的協同影響是造成巴基斯坦夏季降水出現極端異常的直接原因(圖4)。2022年夏季,尤其是7—8月,索馬里越赤道氣流異常強盛。通常,強盛的索馬里急流會將印度洋北部的暖濕氣流通過西南季風向東傳播并輸送至我國。然而,2022年西太平洋副熱帶高壓異常強大且偏西,5860 gpm等值線更是和西側的印度高壓連通,導致孟加拉灣東部的水汽改變傳統東傳路徑,折向印度北部和巴基斯坦輸送。在南亞和東亞夏季風的共同作用下,巴基斯坦南部水汽收入較常年同期異常增大,低層水汽輻合極為強盛,進而導致了極端洪澇事件的長時段維持和嚴重洪災的發生。

注:藍色粗實線和粗虛線分別為2022年和氣候態的500 hPa位勢高度場上5860 gpm和5880 gpm等值線。圖4 2022年7—8月平均的整層水汽輸送通量距平(箭矢,單位:kg·s-1·m-1)及水汽輸送通量散度距平(填色,單位:10-5 kg·s-1·m-2)Fig.4 Anomalies in vertically integrated water vapor transport flux (vector, unit: kg·s-1·m-1) and divergence of water vapor transport flux anomalies (colored, unit: 10-5 kg·s-1·m-2) averaged over the period from July to August 2022

3 結 論

2022年,全球平均溫度比工業化前水平高出約1.15℃(±0.13℃),是第五暖年。全球海平面繼續上升,且加速上升趨勢明顯。北極海冰面積低于常年值,南極海冰面積創下歷史新低。拉尼娜現象導致的降水異常加劇了暴雨洪澇和干旱。巴基斯坦、韓國、印度、孟加拉國、澳大利亞東部、巴西和非洲中部和南部地區均遭受嚴重暴雨洪澇,巴基斯坦約三分之一國土被淹沒。東非經歷了連續第四年干旱的雨季,多國遭遇40年來最嚴重干旱。創紀錄的高溫熱浪影響了歐亞和北美大陸,歐洲經歷了有記錄以來最熱的夏季,中國中東部經歷了持續時間最久的區域性高溫過程。全球共生成40個熱帶氣旋,數量和強度均低于歷史平均水平,其中西太平洋連續3年低于正常水平,但臺風鲇魚、尼格等造成了較大的人員和財產損失。歐洲和北美等地遭受寒流和暴風雪侵襲。美國、中國和印度等多地爆發強對流天氣,印度強對流天氣造成的人員傷亡為3年來最高。

進一步分析表明,7月,歐洲上空被持續的極強暖高壓控制,西歐地區整個對流層盛行下沉氣流,加之在大范圍高壓帶的作用下,空氣干燥不易成云,太陽輻射更容易到達地面,造成歐洲多地出現破紀錄的高溫熱浪。同期,西太平洋副熱帶高壓異常強大且偏西,孟加拉灣地區東部的水汽改變傳統東傳路徑,折向印度北部和向巴基斯坦輸送。在南亞和東亞夏季風的共同作用下,巴基斯坦南部水汽收入較常年同期異常增大,低層水汽輻合極為強盛,進而導致了極端洪澇事件的發生。