上一个无雨之夏已是十六年前。下一个呢?
随着副热带高压逐渐从长江流域撤离,冷空气东移南下,几个火炉一般的城市将逐渐降温。我们终于可以从这个特别的夏天中逐渐走出来。
在刚刚过去的两个月,我们都经历了些什么?使用中国226个气象站点的每日气象数据,我们做了一些研究。
▍关于气象数据的一点吐槽
首先还是要吐槽一下气象数据的获取门槛。从官方的“中国气象数据网”中,我们是很难批量获得气象数据的。一个普通用户只能通过实名注册的方式,免费获取过去7天内的气象数据。曾经能够较为方便获取历史气象数据的“中国地面气候资料日值数据集(V3.0)”,已经不再公开发布,只有月值数据还能够提供普通用户下载。
因此,如果想要比较方便地获取全国层面,在过去一年,甚至是许多年内的分日气象数据,一个比较方便的来源是NOAA,即美国的国家环境信息中心(National Centers for Environmental Information)。由于国际间的气象数据共享,在美国的网站下载到中国历史气象数据,也不再成为一件特别困难的事情,方便了普通用户用气象数据进行学术研究。
(我们整理了从NOAA获取的226个气象站点从开始截止至2022年8月20日每天的最高温、最低温、平均气温和降水的数据,可以在关注公众号后回复您的姓名、职位和邮箱获取下载链接以及咨询数据处理具体细节。)
▍最热的夏天
从NOAA,我们可以得到226个气象站点最早到从1881年3月1日开始的气象数据。尽管最早的气象站在一百多年前就已经开始记录数据,但这并非常态,大部分中国气象站还是在50年代到60年代左右逐渐开始使用的。
首先,分年度列出每一年的7月1日到8月20日的平均日均气温——
可以看到,2022年的这个夏天,从1953年各站点气象资料较为完整以来,日均气温排名第一,达到了24.7摄氏度,比第二名2017年要高出0.4摄氏度,比之前10年的最低谷2014年要高出1.6摄氏度。
从图中可以看到,从上个世纪80年代开始,中国的夏季(为了保持口径一致,本文所指的“夏季”均从7月1日计算至8月20日)平均气温就在不断波动上升。从1981年的23.18摄氏度,1988年的23.26摄氏度 ,1994年的23.47摄氏度,2000年的23.78摄氏度,2006年的23.9摄氏度,2010年的24.07摄氏度,2017年的24.31摄氏度,再到今年的24.72摄氏度,每隔5-7年,最高气温都会被打破纪录。
而8月以来,北方许多城市就开始变得较为凉爽,高温天气更多地集中在了南方。我们将长江上游流域的相关气象站点标出,这些地区的温度变化如何?
从下表可以看到,如果只看长江上游流域的平均气温情况,那么2022年的夏天,仍然稳居70年来第一名,比第二名2006年高出0.6摄氏度。同样,我们也能在长江上游流域的平均气温变化中看到稳定的上升趋势——2010年以来的平均气温要比2000年左右的平均气温高出整整一度。
无论我们对全球变暖持何种看法,都无法否认,中国的夏季平均气温正在过去几十年来不断波动上升,终于在这个夏天,达到了让人难以忍受的程度。
同时,高温年份开始出现得更为频繁。原本一个高温年份过后,会连续出现多个较低温度的夏天。但从2016到2018年的三个夏天,全国平均气温分别位居70年来高温夏天排行榜的第2至4名。
在这样的趋势下,2022年的高温夏天在未来几年再次出现,甚至是持续出现,概率也并不小。
▍最干的夏天
除了不断上升的温度以外,今年夏天的另一个特点还在于极少的降雨。纵向比较,今年的降雨少到什么程度呢?从下面两张表可以看到,在全国层面,2022年的夏季每日平均降水只有3.58毫米,在70年内排名倒数第六名。
而在长江上游流域内,2022年的夏季每日平均降水量,排名这70年的倒数第一,大约只有前两年的一半水平,而倒数第二名是2006年。
细心的读者可能已经注意到,在之前“最热的夏天”中,长江上游流域夏季平均气温,排名第一是今年,排名第二也是2006年。
2006年发生了什么?四川、重庆的许多人们可能对这一年还记忆犹新。在学术期刊中我们甚至能找到它的专有名称——2006年川渝地区特大伏旱。
在那一场百年一遇的特大伏旱中,重庆和四川高温屡破纪录,重庆綦江气象站最高录得44.5摄氏度,个别地区高温日数较往年增加了200%。
同时由于降水量锐减,2006年也出现了大量溪河断流、粮食减产、饮水困难的现象,两地合计约有1500万人以上出现临时饮水困难,338.3万公顷农作物受灾,其中72.1万公顷绝收。
而2022年的这一个夏天,无论是在温度上,还是干旱程度上,都已经超过了2006年的这一场川渝特大伏旱。8月18日,重庆北碚国家气象站气温升至45摄氏度,洞庭湖、鄱阳湖水位均为有实测记录以来同期最低,将16年前“特大伏旱”的最高气温纪录远远甩在了后面。
▍无水的水电
高温、少降雨带来的直接后果之一是以水流动能为能量来源的水电发电量锐减。下图列出了从2003年到2022年历年夏季的长江三峡水库入库流量和长江上游气象站记录平均降雨水平的关系:
可以看到,两者之间存在极为密切的关系——相关性甚至达到0.5以上。夏季降雨更多,能带来更高的三峡入库流量。2022年和2006年在曲线的末端,同时是夏季降雨最少,三峡水库入库流量也最低的两个年份,其中2022年还要比2006年更低,是二十年来最低的一年。
下图列出了2020年到2022年的三峡每日入库水流量的变化。可以看到,6月到9月的汛期,原本是三峡水库发电能力上升最快的日子,其中又以7、8两个月最为显著。
将2022年和2021、2020年相比,目前的三峡水库每日入库流量极低,仅有2021年的一半水平,或者2020年的五分之一水平。 水电提前三个月进入了枯水期,用电却随着一波波热浪节节升高,用电缺口就出现了。
这样的夏天并不多见。
从图7可以看到,在2006年川渝特大伏旱之后,除了2011年降水相对较少以外,我们经历了14个多雨的夏天。夏天固然要开空调,会增加耗电量,但汛期每每如约而至的夏季,让我们对水电的依赖不断增加。往年丰水季,火力发电厂基本以最低负荷运行,发电占比不足用电量10%。
但在2022年,雨季并未随夏天如约而至。在川渝的纬度和人口下,夏季平均气温每增加1摄氏度,空调总用电需求大约上升7亿千瓦时,对于2022年创下高温天数和最高温度纪录的夏季,川渝地区每月用电需求就要比2020、2021年夏季高出35亿千瓦时,比往年还要高出10%。但此时的水电发电能力却比2020、2021年低50%以上,用电缺口自然就出现了。
水电,再怎么稳定,也是靠天吃饭。而天是会变的。
在水电无法产生足够电力的现在,四川省“全省67座火力发电厂(不含自备火电厂)迅速补位,满发尽发。”用总装机不到16%的火电,贡献了装机量约1.5倍的发电出力,约占全川电网最大负荷的约25%。
火电,近年来一直不被待见,新增投资少,产能淘汰多。且因水电、风电和光电的兴起,火电发电的优先级靠后,机组利用效率近年来始终偏低——京能电力、金山股份的每年发电利用小时数,已经从2015年的5000小时以上,下降到4000小时以下。
但火电仍然有它相对风电、水电和光电不可忽视的优点——火电是不靠天吃饭的。
▍结语
这个夏天,是70年以来最热、最干的一个夏天。
也是长江上游流域、川渝地区在2006年百年一遇的特大伏旱之后,再一次出现更严重的伏旱。
从近几十年来的天气数据变化看,中国的夏季平均气温正处于波动上升趋势中,在近几年甚至会连续扎堆出现。因此,未来几年中国夏季持续高温,甚至是再创下新高温纪录的概率,仍然客观存在。
相对于温度变化,长江上游流域的降水近些年较为稳定,除1972、2006年等个别年份之外,汛期总是随着夏季到来。
这样的规律,被今年的特大伏旱打破了。2006年之后的16年后再度出现的无雨之夏,同时打破了最高高温记录和最低降水记录,也同时创下了居民用电需求最高峰和水电发电能力的最低谷纪录。
这样的极端气候变化在向我们的能源安全发出挑战——如果无雨之夏再度出现,对汛期水电高度依赖的地区,势必会出现更大用电缺口。
到那时,是在靠天吃饭的水电、光伏、风电上打更多的主意?还是在储能上寻找突破口?还是求助于尽管污染大,效率低,但能不靠天吃饭的火电?这个问题,值得我们更多思考。