2018—2019年冬奥滑雪赛区降雪特征和成因分析

黄山江 张云霞 段雯瑜 郭宏 孟繁华 杨玥

摘要 利用国家站降水数据、NCEP再分析等资料，对2018—2019年冬奥滑雪赛区降雪特征和成因进行分析，并类比近30年厄尔尼诺现象对应张家口全市10个冬季平均降雪特征。结果发现：厄尔尼诺现象导致大气环流异常，东亚大槽弱势且位置偏东，降雪的必要条件—水汽严重不足是导致2018—2019年冬奥赛区降雪明显偏少且时空分布不均的主要原因;另外，特殊地形的波动锋生效应使冬奥赛区降雪量明显比相邻地区偏多。

关键词 波动锋生效应;环流异常;东亚大槽;厄尔尼诺

中图分类号：P426 文献标识码：A 文章编号：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年冬季奧林匹克运动会和冬季残疾人奥林匹克运动会将在北京和张家口两地举办，张家口崇礼区承办所有雪上比赛项目。作为国家重大活动的标志性因子，崇礼赛区冬季降雪情况为世界瞩目[1-3]。前期的降雪积累对雪上项目影响很大，本文选定2021年11月1日—次年3月15日共145 d为冬季降雪期。崇礼赛区特殊的地形造就了独特的小气候，该区域年降水量较相邻地区明显偏多，年均降雪量为63.5 mm，积雪深度能累积至1 m左右，存雪时间可长达150多天。

国内外对于强降雪的研究有很多成果，主要分析强降雪事件发生时局地的天气形势以及动力和热力等条件，明确了条件对称不稳定等在暴风雪形成中的重要作用[4-6]。陈兴芳等[7-9]认为青藏高原地区冬季降雪与1月份的变化特征基本一致：1960—1970年为降雪偏少时段，1980年后明显增多。王冀等[10]认为华北和东北小雪、中雪增加的主要区域在内蒙古东北部地区，大雪以上降雪的高值中心位于内蒙古西部和山西、河北的北部地区。

2018—2019年是厄尔尼诺年。李崇银等[11]对厄尔尼诺和夏季降水的关系给出了重要论述;刘素洁等[12-14]认为北方冬季暴雪与华北回流关系密切，但厄尔尼诺年和降雪的关系不多。本文详细分析了2018—2019年冬奥滑雪赛区降雪特征，并与1989—2019年厄尔尼诺年张家口市年平均降雪量特征进行类比，试图找出一定规律，以期为实现“向世界奉献一届精彩、非凡、卓越的冬奥会”目标工作提供一定的参考，打造2022年冬奥会高标准气象服务。

1 资料和方法

利用2018—2019年国家站降水数据、NCEP再分析等资料，采用统计分析和合成分析等方法，对冬奥滑雪赛区降雪特征和成因进行分析。

2 2018—2019年冬奥滑雪赛区降雪特征

整个冬季中前期（2018年11月、12月和2019年1月）连续3个月降雪异常偏少，只有2018年11月4日和12月5日云顶山底出现了1.7 mm和1.3 mm的降雪;进入2019年2月以后，降雪形势明显改观，2月12日、14日、18日、26日和3月9—10日，1个月内出现了6个日数明显的降雪天气，其中2月14日云顶山底降雪量为5.7 mm（大雪），3月10日为2.6 mm（中雪）（图1）。

由此可见，2018—2019年冬季张家口冬奥赛区中前期基本无雪，后期明显改观，时空分布极为不均。而某个地区某时段的降雪特征主要有两个关键性因素：一是大气环流形势，为共性;二是地形地貌特征，为特性，二者缺一不可。

3 特殊地形的波动锋生效应

崇礼区位于坝上与坝下地区的过渡地域，全境被三条大沟四座大山所覆盖，分别为西沟、中沟和东沟，冬奥赛区位于东沟东部山区内，山谷多以西南—东北走向，西南低，东北高，南北不足百里，落差达1 300多米（图2）。

三条沟和四座山形成了天然的波动槽脊地形，天气系统来临之前，三条沟一般盛行偏南风，西来的锋面系统遇到山坡抬升并与偏南风辐合加强，经过三条沟的跌宕起伏，降水系统到达冬奥赛区会有明显的加强，所以赛区的年降雪量为周边地区的2～3倍，这种由于特殊地形造成天气系统连续加强的现象为波动锋生效应。

统计近4年（2015—2018年）自动加密站资料，选取当年5月1日—10月31日降水资料（冬季自动加密站无资料），发现从西沟到中沟再到东沟，降水量呈递增趋势，可见波动锋生效应是确实存在的（图3）。

还有一个值得探讨的是天气系统和地形的位相问题，同位相自然叠加加强，反位相到西沟会有所减弱，到中沟逐渐适应变相，最后到东沟趋于同位相使天气系统再度加强。详细机制还有待于继续研究。

4 2018—2019年冬季环流特征分析

降雪的基本成因是冷空气和偏南路径水汽相互作用的结果。从2018年11月1日—2019年1月31日500 hPa平均环流场图可见，欧亚地区位势高度呈“西高东低”分布型，中高纬地区环流经向度小，不利于极地冷空气南下影响我国，而东亚大槽明显偏弱且位置偏东;南支槽位于北纬25°N以南、90°E 附近，相对不活跃;张家口地区以纬向环流为主，冷空气活动弱且水汽输送条件差（图4）。

东亚大槽是冬季影响我国北方地区的主要天气系统。东亚大槽主要有两个作用：一是形成大槽大脊，有利于南北气流交换;二是形成稳定态势，滞留在我国东北附近，更容易使新来的冷空气堆积，并沿松北平原南下至渤海，从而形成回流影响华北地区[15-17]。2018—2019年冬季中前期东亚大槽弱势且位置明显偏东，导致南支槽引导的西南暖湿气流无法北抬影响张家口，同时也很难使东北冷涡滞留形成回流降雪天气。

2019年2月以后，大气环流形势明显转变，从2019年2月1日—3月15日500 hPa平均环流场图可见，中高纬环流经向度显著加强，东亚大槽中心值也由前期5 350 gpm加深为5 150 gpm，同时南支槽更为活跃，北抬至35°N，显然东亚大槽的加深加强使得水汽输送条件更为有利，降雪形势明显改观（图5）。

由以上分析可知，造成2018—2019年冬季降雪偏少且时空分布不均的主要原因是大气环流异常，东亚大槽弱势且位置偏东，难以建立水汽输送通道，从而造成降雪的必要条件—水汽严重不足。

5 1989—2019年厄尔尼诺年张家口市冬季降雪特征类比

从2019年1月全球海温距平实况，中国近海（左上I区）海温明显偏高，尤其是台湾东北海域附近海温异常偏高2℃，属于典型厄尔尼诺年份（图6）。厄尔尼诺年太平洋东部和中部的热带海洋海水温度持续偏暖，易造成大尺度大气环流模式发生变化，从而导致一些地区干旱，而另一些地区又降雨量过多[18-20]。

近30年来共发生7次厄尔尼诺现象，涉及10个年份，比例约达33.33%，分别是1988—1989年、1995—1996年、1998—2000年初、2007—2008年、2010—2012年、2014—2016年和2018—2019年。近年来，气候变化越来越呈现出全球增暖的特点。厄尔尼诺现象出现频繁，研究厄尔尼诺年张家口市冬季降雪特点对于2022年冬奥会气象服务有很大的必要性。

从近30年厄尔尼诺现象对应张家口全市10个冬季的平均降雪量来看，除了2015—2016年冬季异常偏多，1999—2000年接近常年略偏多外，其余8个冬季均偏少，偏少率达到80%，其中有5个年份降雪量不足常年的50%，属于异常偏少，异常偏少率达到50%（图7）。

厄尔尼诺年对于全国来讲是南涝北旱，厄尔尼诺年份对应北方气候的张家口也是如此[21-23]。厄尔尼诺年还有一个特点就是降水时空分布极为不均，甚至是阶段性干旱和洪涝并存。2018—2019年冬季中前期基本无雪，后期多雪也验证了这一特点。另外，由于张家口全市平均年降水量只有382 mm，夏季一场短时暴雨可能改变全年降水走势，所以厄尔尼诺年张家口冬季降雪偏少比夏季降雨偏少这一特点更为突出，但从干旱持续时间较长来说还是比较一致的。

2022年冬奥会和冬残奥会即将来临，分析总结近几年崇礼赛区厄尔尼诺年和拉尼娜年及正常年降雪特征，对于研判冬奥会和冬残奥会降雪形势意义重大。

6 结论

（1）特殊地形的波动锋生效应使冬奥赛区降雪量明显比相邻地区偏多。

（2）大气环流异常是造成2018—2019年冬季降雪偏少且时空分布不均的主要原因。

（3）东亚大槽弱势且位置偏东，使得降雪的必要条件水汽输送严重不足。

（4）厄爾尼诺现象是导致大气环流异常的根本原因。

（5）近30年厄尔尼诺现象对应张家口市全市10个冬季平均降雪量偏少率达到80%，异常偏少率达到50%。

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责任编辑：黄艳飞