2018—2019年冬奧滑雪賽區(qū)降雪特征和成因分析

黃山江 張?jiān)葡? 段雯瑜 郭宏 孟繁華 楊玥

摘要 利用國家站降水?dāng)?shù)據(jù)、NCEP再分析等資料，對(duì)2018—2019年冬奧滑雪賽區(qū)降雪特征和成因進(jìn)行分析，并類比近30年厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)應(yīng)張家口全市10個(gè)冬季平均降雪特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：厄爾尼諾現(xiàn)象導(dǎo)致大氣環(huán)流異常，東亞大槽弱勢(shì)且位置偏東，降雪的必要條件—水汽嚴(yán)重不足是導(dǎo)致2018—2019年冬奧賽區(qū)降雪明顯偏少且時(shí)空分布不均的主要原因;另外，特殊地形的波動(dòng)鋒生效應(yīng)使冬奧賽區(qū)降雪量明顯比相鄰地區(qū)偏多。

關(guān)鍵詞 波動(dòng)鋒生效應(yīng);環(huán)流異常;東亞大槽;厄爾尼諾

中圖分類號(hào)：P426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2020）07–0–03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.035

Analysis on the Characteristics and Causes of Snowfall in 2018—2019 Winter Olympic Skiing Competition area

HUANG Shan-jiang et al （Zhangjiakou Meteorological Bureau， Zhangjiakou， Hebei 075000）

Abstract Using the national station precipitation data， NCEP reanalysis and other data， the characteristics and causes of snowfall in the 2018-2019 Winter Olympics skiing competition area are analyzed， and the El Nino phenomenon in the past 30 years corresponds to the average snowfall characteristics of 10 winters in Zhangjiakou. The results found that： the El Nino phenomenon caused abnormal atmospheric circulation， the East Asia trough was weak and eastward， and the necessary conditions for snowfall-severe water vapor shortage was the main reason for the significantly less snowfall and uneven temporal and spatial distribution in the 2018-2019 Winter Olympics; in addition; ， The fluctuating frontogenesis effect of the special terrain makes the winter Olympics area significantly more snow than the adjacent areas.

Key Words Wave frontogenesis effect; Circulation anomaly; East Asian Trough; El Nino

2022年冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)和冬季殘疾人奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)將在北京和張家口兩地舉辦，張家口崇禮區(qū)承辦所有雪上比賽項(xiàng)目。作為國家重大活動(dòng)的標(biāo)志性因子，崇禮賽區(qū)冬季降雪情況為世界矚目[1-3]。前期的降雪積累對(duì)雪上項(xiàng)目影響很大，本文選定2021年11月1日—次年3月15日共145 d為冬季降雪期。崇禮賽區(qū)特殊的地形造就了獨(dú)特的小氣候，該區(qū)域年降水量較相鄰地區(qū)明顯偏多，年均降雪量為63.5 mm，積雪深度能累積至1 m左右，存雪時(shí)間可長達(dá)150多天。

國內(nèi)外對(duì)于強(qiáng)降雪的研究有很多成果，主要分析強(qiáng)降雪事件發(fā)生時(shí)局地的天氣形勢(shì)以及動(dòng)力和熱力等條件，明確了條件對(duì)稱不穩(wěn)定等在暴風(fēng)雪形成中的重要作用[4-6]。陳興芳等[7-9]認(rèn)為青藏高原地區(qū)冬季降雪與1月份的變化特征基本一致：1960—1970年為降雪偏少時(shí)段，1980年后明顯增多。王冀等[10]認(rèn)為華北和東北小雪、中雪增加的主要區(qū)域在內(nèi)蒙古東北部地區(qū)，大雪以上降雪的高值中心位于內(nèi)蒙古西部和山西、河北的北部地區(qū)。

2018—2019年是厄爾尼諾年。李崇銀等[11]對(duì)厄爾尼諾和夏季降水的關(guān)系給出了重要論述;劉素潔等[12-14]認(rèn)為北方冬季暴雪與華北回流關(guān)系密切，但厄爾尼諾年和降雪的關(guān)系不多。本文詳細(xì)分析了2018—2019年冬奧滑雪賽區(qū)降雪特征，并與1989—2019年厄爾尼諾年張家口市年平均降雪量特征進(jìn)行類比，試圖找出一定規(guī)律，以期為實(shí)現(xiàn)“向世界奉獻(xiàn)一屆精彩、非凡、卓越的冬奧會(huì)”目標(biāo)工作提供一定的參考，打造2022年冬奧會(huì)高標(biāo)準(zhǔn)氣象服務(wù)。

1 資料和方法

利用2018—2019年國家站降水?dāng)?shù)據(jù)、NCEP再分析等資料，采用統(tǒng)計(jì)分析和合成分析等方法，對(duì)冬奧滑雪賽區(qū)降雪特征和成因進(jìn)行分析。

2 2018—2019年冬奧滑雪賽區(qū)降雪特征

整個(gè)冬季中前期（2018年11月、12月和2019年1月）連續(xù)3個(gè)月降雪異常偏少，只有2018年11月4日和12月5日云頂山底出現(xiàn)了1.7 mm和1.3 mm的降雪;進(jìn)入2019年2月以后，降雪形勢(shì)明顯改觀，2月12日、14日、18日、26日和3月9—10日，1個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)了6個(gè)日數(shù)明顯的降雪天氣，其中2月14日云頂山底降雪量為5.7 mm（大雪），3月10日為2.6 mm（中雪）（圖1）。

由此可見，2018—2019年冬季張家口冬奧賽區(qū)中前期基本無雪，后期明顯改觀，時(shí)空分布極為不均。而某個(gè)地區(qū)某時(shí)段的降雪特征主要有兩個(gè)關(guān)鍵性因素：一是大氣環(huán)流形勢(shì)，為共性;二是地形地貌特征，為特性，二者缺一不可。

3 特殊地形的波動(dòng)鋒生效應(yīng)

崇禮區(qū)位于壩上與壩下地區(qū)的過渡地域，全境被三條大溝四座大山所覆蓋，分別為西溝、中溝和東溝，冬奧賽區(qū)位于東溝東部山區(qū)內(nèi)，山谷多以西南—東北走向，西南低，東北高，南北不足百里，落差達(dá)1 300多米（圖2）。

三條溝和四座山形成了天然的波動(dòng)槽脊地形，天氣系統(tǒng)來臨之前，三條溝一般盛行偏南風(fēng)，西來的鋒面系統(tǒng)遇到山坡抬升并與偏南風(fēng)輻合加強(qiáng)，經(jīng)過三條溝的跌宕起伏，降水系統(tǒng)到達(dá)冬奧賽區(qū)會(huì)有明顯的加強(qiáng)，所以賽區(qū)的年降雪量為周邊地區(qū)的2～3倍，這種由于特殊地形造成天氣系統(tǒng)連續(xù)加強(qiáng)的現(xiàn)象為波動(dòng)鋒生效應(yīng)。

統(tǒng)計(jì)近4年（2015—2018年）自動(dòng)加密站資料，選取當(dāng)年5月1日—10月31日降水資料（冬季自動(dòng)加密站無資料），發(fā)現(xiàn)從西溝到中溝再到東溝，降水量呈遞增趨勢(shì)，可見波動(dòng)鋒生效應(yīng)是確實(shí)存在的（圖3）。

還有一個(gè)值得探討的是天氣系統(tǒng)和地形的位相問題，同位相自然疊加加強(qiáng)，反位相到西溝會(huì)有所減弱，到中溝逐漸適應(yīng)變相，最后到東溝趨于同位相使天氣系統(tǒng)再度加強(qiáng)。詳細(xì)機(jī)制還有待于繼續(xù)研究。

4 2018—2019年冬季環(huán)流特征分析

降雪的基本成因是冷空氣和偏南路徑水汽相互作用的結(jié)果。從2018年11月1日—2019年1月31日500 hPa平均環(huán)流場(chǎng)圖可見，歐亞地區(qū)位勢(shì)高度呈“西高東低”分布型，中高緯地區(qū)環(huán)流經(jīng)向度小，不利于極地冷空氣南下影響我國，而東亞大槽明顯偏弱且位置偏東;南支槽位于北緯25°N以南、90°E 附近，相對(duì)不活躍;張家口地區(qū)以緯向環(huán)流為主，冷空氣活動(dòng)弱且水汽輸送條件差（圖4）。

東亞大槽是冬季影響我國北方地區(qū)的主要天氣系統(tǒng)。東亞大槽主要有兩個(gè)作用：一是形成大槽大脊，有利于南北氣流交換;二是形成穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，滯留在我國東北附近，更容易使新來的冷空氣堆積，并沿松北平原南下至渤海，從而形成回流影響華北地區(qū)[15-17]。2018—2019年冬季中前期東亞大槽弱勢(shì)且位置明顯偏東，導(dǎo)致南支槽引導(dǎo)的西南暖濕氣流無法北抬影響張家口，同時(shí)也很難使東北冷渦滯留形成回流降雪天氣。

2019年2月以后，大氣環(huán)流形勢(shì)明顯轉(zhuǎn)變，從2019年2月1日—3月15日500 hPa平均環(huán)流場(chǎng)圖可見，中高緯環(huán)流經(jīng)向度顯著加強(qiáng)，東亞大槽中心值也由前期5 350 gpm加深為5 150 gpm，同時(shí)南支槽更為活躍，北抬至35°N，顯然東亞大槽的加深加強(qiáng)使得水汽輸送條件更為有利，降雪形勢(shì)明顯改觀（圖5）。

由以上分析可知，造成2018—2019年冬季降雪偏少且時(shí)空分布不均的主要原因是大氣環(huán)流異常，東亞大槽弱勢(shì)且位置偏東，難以建立水汽輸送通道，從而造成降雪的必要條件—水汽嚴(yán)重不足。

5 1989—2019年厄爾尼諾年張家口市冬季降雪特征類比

從2019年1月全球海溫距平實(shí)況，中國近海（左上I區(qū)）海溫明顯偏高，尤其是臺(tái)灣東北海域附近海溫異常偏高2℃，屬于典型厄爾尼諾年份（圖6）。厄爾尼諾年太平洋東部和中部的熱帶海洋海水溫度持續(xù)偏暖，易造成大尺度大氣環(huán)流模式發(fā)生變化，從而導(dǎo)致一些地區(qū)干旱，而另一些地區(qū)又降雨量過多[18-20]。

近30年來共發(fā)生7次厄爾尼諾現(xiàn)象，涉及10個(gè)年份，比例約達(dá)33.33%，分別是1988—1989年、1995—1996年、1998—2000年初、2007—2008年、2010—2012年、2014—2016年和2018—2019年。近年來，氣候變化越來越呈現(xiàn)出全球增暖的特點(diǎn)。厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)頻繁，研究厄爾尼諾年張家口市冬季降雪特點(diǎn)對(duì)于2022年冬奧會(huì)氣象服務(wù)有很大的必要性。

從近30年厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)應(yīng)張家口全市10個(gè)冬季的平均降雪量來看，除了2015—2016年冬季異常偏多，1999—2000年接近常年略偏多外，其余8個(gè)冬季均偏少，偏少率達(dá)到80%，其中有5個(gè)年份降雪量不足常年的50%，屬于異常偏少，異常偏少率達(dá)到50%（圖7）。

厄爾尼諾年對(duì)于全國來講是南澇北旱，厄爾尼諾年份對(duì)應(yīng)北方氣候的張家口也是如此[21-23]。厄爾尼諾年還有一個(gè)特點(diǎn)就是降水時(shí)空分布極為不均，甚至是階段性干旱和洪澇并存。2018—2019年冬季中前期基本無雪，后期多雪也驗(yàn)證了這一特點(diǎn)。另外，由于張家口全市平均年降水量只有382 mm，夏季一場(chǎng)短時(shí)暴雨可能改變?nèi)杲邓邉?shì)，所以厄爾尼諾年張家口冬季降雪偏少比夏季降雨偏少這一特點(diǎn)更為突出，但從干旱持續(xù)時(shí)間較長來說還是比較一致的。

2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)即將來臨，分析總結(jié)近幾年崇禮賽區(qū)厄爾尼諾年和拉尼娜年及正常年降雪特征，對(duì)于研判冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)降雪形勢(shì)意義重大。

6 結(jié)論

（1）特殊地形的波動(dòng)鋒生效應(yīng)使冬奧賽區(qū)降雪量明顯比相鄰地區(qū)偏多。

（2）大氣環(huán)流異常是造成2018—2019年冬季降雪偏少且時(shí)空分布不均的主要原因。

（3）東亞大槽弱勢(shì)且位置偏東，使得降雪的必要條件水汽輸送嚴(yán)重不足。

（4）厄爾尼諾現(xiàn)象是導(dǎo)致大氣環(huán)流異常的根本原因。

（5）近30年厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)應(yīng)張家口市全市10個(gè)冬季平均降雪量偏少率達(dá)到80%，異常偏少率達(dá)到50%。

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責(zé)任編輯：黃艷飛