張家口賽區(qū)冬奧會和冬殘奧會同期濕度變化特征

馬梁臣 王 寧 朱 剛 李江波

（1.吉林省氣象臺，吉林長春 130062；2.東北冷渦研究重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽 110166；3.吉林省氣象科學(xué)研究所，吉林長春 130062；4.河北省氣象臺，河北石家莊 050000）

1 引言

第二十四屆冬季奧林匹克運(yùn)動會（簡稱冬奧會）于2022年2月4—20日在中國北京和張家口舉行。根據(jù)奧組委的賽事安排計劃，張家口市的崇禮縣承辦了跳臺滑雪、單板滑雪、自由式滑雪、北歐兩項(xiàng)、冬季兩項(xiàng)和越野滑雪等項(xiàng)目的比賽。國際奧委會認(rèn)為：對于雪上運(yùn)動而言，天然雪是最好的，人工造雪也很重要；溫度過低會影響人體的反應(yīng)速度[1]，過高又會造成雪場融化；所以要求賽事承辦地的降雪期在4個月以上，且4個月的平均溫度不低于-18℃[2]。冬季雪上運(yùn)動項(xiàng)目因需在室外舉行，故對氣象條件要求更高。在冬奧會舉辦歷史上，曾有多屆賽事受到異常天氣的影響。1980年普萊希德湖冬奧會由于雪量嚴(yán)重不足而首次采用了人工造雪的方法；1984年薩拉熱窩、1992年阿爾貝維爾和2010年溫哥華冬奧會等，都曾因雪質(zhì)不理想導(dǎo)致部分項(xiàng)目的賽事推遲或延誤；1998年日本長野冬奧會更是因受暴雪影響，使得高山滑雪的所有賽事連續(xù)推遲6d[3-5]。

因賽場氣象條件是決定冬奧會舉辦成功與否的關(guān)鍵因素之一，深入了解冬奧會承辦地的氣候條件，學(xué)者也有一些研究案例[6-12]。由于室外賽事對氣象條件的要求非常嚴(yán)格，濕度條件對運(yùn)動員的發(fā)揮和觀眾的體感有較大影響，同時濕度條件對能見度、降雪都有一定的關(guān)系，相對濕度的精細(xì)化預(yù)報也是冬奧氣象服務(wù)團(tuán)隊(duì)的預(yù)報氣象要素之一。本文利用2017—2019年11月到翌年3月的觀測數(shù)據(jù)，對濕度進(jìn)行空間和時間上的統(tǒng)計分析，揭示預(yù)報服務(wù)人員對復(fù)雜地形下濕度分布特征的認(rèn)識，更好地開展?jié)穸阮A(yù)報和針對性服務(wù)。

2 資料與方法

利用2017—2019年11月至翌年3月的張家口賽區(qū)逐小時間隔的加密氣象站資料，對相對濕度的時間和空間特征進(jìn)行統(tǒng)計分析。張家口賽區(qū)主要有云頂和古楊樹兩個場館群，其中云頂場館群共使用9個自動氣象站資料，分別是云頂1—6號站、山底站、山腰站和山頂站；古楊樹場館群使用8個自動氣象站資料，分別是越野1—3號站、冬兩1—5號站。文中以兩個場館群為研究對象進(jìn)行分析。

3 結(jié)果分析

3.1 相對濕度空間分布特征

2022年冬奧會張家口崇禮賽區(qū)主要有兩個場館群，兩者間的距離約5km，但是其氣象條件差異較大，因此在研究相對濕度時分開討論。由圖1a云頂場館群可以看出，2017年11月—2018年3月、2018年11月—2019年3月兩個雪季的平均相對濕度一般在48%～56%，隨著海拔的增高平均相對濕度有增大的趨勢。最大值出現(xiàn)在山頂，為56.3%；最小值出現(xiàn)在云頂1號站，為48.6%。其中云頂山腰站和云頂6號站離造雪場地較近，因此相對濕度值明顯高于周邊站。另外山底站雖然海拔較低，但是相對濕度并不低，原因尚不明確。由圖1b古楊樹場館群可以看出，兩個雪季的平均相對濕度一般在46%～50%，由于海拔相差較小，總體相對濕度較為集中。最小相對濕度出現(xiàn)在冬季兩項(xiàng)4號站，為46.3%；最大相對濕度出現(xiàn)在冬季兩項(xiàng)3號站，為49.9%。古楊樹場館群相對濕度小于云頂場館群，主要原因是云頂場館為滿足旅游滑雪需求，在雪季長期造雪，雪道有積雪覆蓋；古楊樹賽區(qū)較少有積雪覆蓋。

圖1 11月至翌年3月云頂場館群（a）、古楊樹場館群（b）平均相對濕度分布（單位：%；填色為海拔高度，單位：m）

從兩個場館群的極端相對濕度分布可以看出，云頂場館群最大在96%～100%，100%只出現(xiàn)在山頂站，其中山腰站和6號站普遍高于周邊站點(diǎn)。隨著海拔的增高最大相對濕度有增大的趨勢，極端最大相對濕度的最小值出現(xiàn)在云頂2號站，為96%。極端最小相對濕度在4～10%，其中山腰站和6號站普遍高于周邊站點(diǎn)。隨著海拔的增高極端最小相對濕度有變小的趨勢，最小值出現(xiàn)在云頂山頂站和山底站，均為4%。古楊樹場館群極端最大相對濕度一般在95%～97%，大部分站點(diǎn)為96%，分布較為均勻；極端最小相對濕度一般在4%～5%。

冬奧會同期為2月4—20日，冬殘奧會同期為3月4—13日。表1給出了兩個場館群2018年和2019年冬奧會同期的平均相對濕度、極端相對濕度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)2018年冬奧會同期，云頂場館群平均相對濕度在49%～59%，極端最大相對濕度在76%～85%，極端最小相對濕度在18%～24%。隨著海拔高度的增大，平均和極端相對濕度均有增大的趨勢，山腰站比較特殊，地處低海拔但是濕度較大，可能和造雪有一定關(guān)系；平均相對濕度的最大值出現(xiàn)在山頂站，為59.2%。2019年冬奧會同期，云頂場館群平均相對濕度在58%～66%，極端最大相對濕度在90%～95%，極端最小相對濕度在12%～23%。隨著海拔高度的增大平均相對濕度同樣有增大的趨勢，云頂6號站和山腰站比較特殊，地處低海拔但是濕度較大，極端最小相對濕度的最大值為23%，出現(xiàn)在云頂6號站，靠近U型池場地，為主要造雪地點(diǎn)，而且離山腰站較近，是造成兩站濕度偏大的原因；平均相對濕度最大值出現(xiàn)在山頂站，為65.8%?？傮w而言，2019年濕度條件大于2018年，隨著海拔的增高相對濕度有增大的趨勢，造雪場地值明顯高于周邊站。

表1 2018年和2019年冬奧會同期相對濕度統(tǒng)計 %

2018年冬奧會期間，古楊樹場館群平均相對濕度在43%～46%，極端最大相對濕度在71%～79%，極端最小相對濕度在16%～19%。平均相對濕度最大值出現(xiàn)在冬兩3號站，為46.7%；最小為越野1號站，為43.1%。最大和最小平均相對濕度差異較小。2019年冬奧會期間，平均相對濕度在57%～61%，極端最大相對濕度在89%～91%，極端最小相對濕度在15%～20%。平均相對濕度比較接近，最大出現(xiàn)在越野1號站，為61.1%；最小出現(xiàn)在冬兩4號站，為57%。同樣2019年濕度條件大于2018年。

兩個場館群2018年和2019年冬殘奧會同期的平均相對濕度、極端相對濕度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2018年冬殘奧會同期，云頂場館群平均相對濕度一般在33%～42%，明顯小于同年冬奧會同期；極端最大相對濕度在89%～95%，明顯大于同年冬奧會同期；極端最低相對濕度一般在14%～19%，略小于同年冬奧會同期。最小平均相對濕度出現(xiàn)在云頂2號站，為33.9%；最大平均相對濕度出現(xiàn)在山底站，為41.5%。2019年冬殘奧會同期也呈現(xiàn)同樣的特征。

2018年冬殘奧會同期，古楊樹場館群平均相對濕度一般在33%～39%，明顯小于冬奧會同期；最低平均相對濕度出現(xiàn)在冬兩6號站，為33.7%；最大出現(xiàn)在冬兩3號站，為39.5%。

2018年冬殘奧會同期的平均相對濕度小于冬奧會同期，云頂場館群稍高于古楊樹場館群；極端最大相對濕度在89%～93%，明顯大于冬奧會同期；極端最低相對濕度一般在12%～14%。2019年冬殘奧會同期，平均相對濕度呈現(xiàn)與2018年相同的特征，明顯小于冬奧會同期，一般在47%～52%。

3.2 相對濕度時間分布特征

為了進(jìn)一步分析冬奧會和冬殘奧會同期的相對濕度時間變化特征，下面對云頂場館群和古楊樹場館群2019年的情況進(jìn)行討論。圖2給出了2019年冬奧會同期云頂場館群和古楊樹場館群代表站相對濕度時序圖，云頂1—4號站相對濕度時序分布基本一致，1號站和2號站相對濕度略小于3號站和4號站，主要因?yàn)?號站和2號站位于陽坡。其間共有4次較為明顯的濕空氣影響過程，分別是2月4日、12日、14日、18日。干空氣影響過程較少，較為明顯的是18日凌晨到上午和20日白天。18日過程明顯強(qiáng)于其他，最小相對濕度達(dá)12%。古楊樹場館群的冬兩1號站和越野3號站兩個代表站，相對濕度時序分布同樣基本一致。白天濕度減小夜間濕度增大現(xiàn)象表現(xiàn)明顯。較為明顯的濕天氣過程是18日的凌晨到上午，最低平均相對濕度值大于云頂場館群。

圖2 2019年冬奧會同期云頂1號站（a）、云頂2號站（b）、冬兩1號站（c）、越野3號站（d）相對濕度時序（單位：%）

2019年冬殘奧會期間云頂1—4號站相對濕度時序分布基本一致。其間共有1次較為明顯的濕空氣影響過程是3月9—10日。干空氣影響過程出現(xiàn)在濕空氣影響前1～2日，低相對濕度影響時間較長，接近48h，最小相對濕度達(dá)5%～8%。2019年冬殘奧會期間古楊樹賽區(qū)冬兩1號站和越野3號站相對濕度時序分布基本一致。其中共有1次較為明顯的濕空氣影響過程是3月9—10日。干空氣影響過程出現(xiàn)在濕空氣影響前1～2日，最小相對濕度達(dá)5%～8%。白天相對濕度明顯偏小；夜間云頂賽區(qū)濕度持續(xù)較小，但古楊樹賽區(qū)濕度增大明顯。

3.3 不同天氣背景下相對濕度日變化特征

為更深入了解冬奧會同期不同天氣背景下的濕度特征，選取了2019年強(qiáng)冷空氣、弱冷空氣和降雪三類天氣背景下的36個個例，對濕度的日變化特征進(jìn)行分析研究。強(qiáng)冷空氣過程的選取結(jié)合天氣形勢和環(huán)流背景，以24h最低氣溫下降6℃以上，同時伴有大風(fēng)天氣為標(biāo)準(zhǔn)；弱冷空氣過程為冷空氣較弱或無冷空氣影響，最低氣溫下降小于6℃，但最低氣溫仍有較大下降為標(biāo)準(zhǔn)，主要考慮山區(qū)輻射降溫和“冷池”現(xiàn)象。

在強(qiáng)冷空氣影響下，對48h內(nèi)的逐小時濕度求平均，包括冷空氣來襲之前的24h。由圖3可以看出，在冷空氣來臨前相對濕度持續(xù)較高，最低相對濕度也在50%以上。云頂場館相對濕度變化幅度較小，小時變濕也差異不大，強(qiáng)冷空氣影響后相對濕度降至30%左右。一般強(qiáng)冷空氣都會帶來干空氣，而且冷空氣來臨前一般會有回暖的天氣，濕度有增高的現(xiàn)象。同時氣溫下降又有利于空氣飽和，綜合兩種作用，降溫后白天相對濕度并沒有降至非常低。冬兩和越野賽場，相對濕度在7:00—9:00迅速下降，小時變濕在10%左右。

圖3 2019年云頂賽場（a）、冬兩賽場（b）、越野賽場（c）強(qiáng)冷空氣過程逐時平均濕度時序

在弱冷空氣影響下，對24h內(nèi)的逐小時濕度求平均。在冷空氣來臨前相對濕度并不高，最高相對濕度在50%左右。云頂場館相對濕度變化幅度較小，小時變濕也差異不大，相對濕度明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)在8:00—9:00。弱冷空氣影響后相對濕度降至20%～25%，其中云頂6號站在該種背景下濕度變化幅度較小，基本在35%～45%?；A(chǔ)濕度條件較差，加之干空氣的影響，最低相對濕度降至更低值。冬兩和越野賽場，相對濕度在7:00—9:00迅速下降，小時變濕也在10%左右。在弱冷空氣的背景下，冬兩和越野賽場濕度日變化幅度較大，而云頂場地的濕度日變化較小。

在降雪天氣影響下，對24h內(nèi)的逐小時濕度進(jìn)行求平均處理，同時對6次過程的小時降雪進(jìn)行累加。降雪在中午和午后總量較大，在00:00—04:00產(chǎn)生降雪的總量較小。從濕度情況可以看出，降雪時平均相對濕度在55%以上，其中越野2、3號站和冬兩4號站有雪量觀測，濕度情況一般在60%以上。而云頂場館平均情況低于其他場館，也就意味著云頂場館的降雪濕度條件閾值小于越野和冬兩賽場。另外越野和冬兩場地的濕度在11:00—12:00有短暫降低，可能是該時段降雪減少、氣溫升高造成的。而云頂賽場未發(fā)現(xiàn)這種特點(diǎn)。隨著降雪的持續(xù)，相對濕度持續(xù)增大，逐小時的相對濕度和降雪量關(guān)系并不緊密。說明達(dá)到降雪的濕度啟動條件后，并不會因?yàn)檠┝吭龃蠖鴿穸让黠@增大。

4 結(jié)語

（1）云頂場館群兩個雪季的平均相對濕度一般在48%～56%，極端最大相對濕度為96%～100%，極端最小一般在4%～10%。隨著海拔的增高相對濕度有增大趨勢，造雪場地值明顯高于周邊站。

（2）古楊樹場館群兩個雪季的平均相對濕度一般在46%～50%，極端最大相對濕度為95%～97%，極端最小一般在4%～5%。古楊樹場館群相對濕度小于云頂場館群。

（3）冬殘奧會同期平均相對濕度明顯小于冬奧會同期。冬殘奧會同期的極端最大相對濕度大于冬奧會，冬殘奧會同期極端最小相對濕度小于冬奧會。冬殘奧會同期相對濕度變幅較大。古楊樹場館群平均濕度分布較為均勻。

（4）沒有干濕天氣過程時白天濕度減小夜間濕度增大現(xiàn)象表現(xiàn)明顯。在強(qiáng)冷空氣來臨前相對濕度持續(xù)較高，云頂場館相對濕度變化幅度小，冬季兩項(xiàng)和越野場館相對濕度在07—09時迅速下降，小時變濕在10%左右。在弱冷空氣來臨前相對濕度并不高，最低相對濕度低于強(qiáng)冷空氣過程。冬季兩項(xiàng)和越野場館濕度日變化幅度較大。降雪時平均相對濕度在55%以上，云頂場館的降雪濕度條件閾值小于越野和冬季兩項(xiàng)賽場。