近31年藏北暴雪天氣的氣候特征和環流分型

余燕群 熊秋芬 卓瑪

摘要：利用1988—2018 年藏北各站逐日降水資料、逐日天氣現象和逐日積雪資料，用氣候診斷和小波分析等方法分析了藏北暴雪天氣的氣候特征。結果表明，近31年藏北暴雪日數、雪量、最大積雪深度和年平均積雪深度的空間分布總體上呈東部多、西部少的趨勢，主要集中在東部，區域差異顯著。近31年的暴雪次數和暴雪量呈減少趨勢，暴雪次數和雪量由多轉少的轉折年份在2002年，2002年以前為多雪期，2002年以后為少雪期。21世紀00年代后暴雪次數每10年以2站次的速率在下降，暴雪量以每10年2.4 mm的雪量在減少。暴雪季節分布呈雙峰性，最大峰值出現在4月和5月。暴雪日數呈3、5、10年的周期變化。利用NCEP再分析資料的高度場和風場對暴雪天氣的環流和影響系統進行了總結歸納，得出藏北區域性暴雪的環流形式可分為4型，即印度低壓型、北脊南槽型、階梯槽型和巴爾喀什湖低槽型;南支槽、熱帶低壓、低渦-切變和高原槽為藏北暴雪天氣的主要影響系統。

關鍵詞：暴雪;小波分析;氣候特征;環流分型;藏北

中圖分類號：P446 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）17-0031-07

Abstract： Using the daily precipitation data， weather phenomena， and snow accumulation data of observatories in northern Tibet from 1988 to 2018， the climatic characteristics of snowstorms in the northern Tibet were analyzed by methods of meteorological diagnosis and wavelet analysis. The results showed that the spatial distribution of the number of snowstorm days， snow amount， maximum snow depth and annually average snow depth in the northern Tibet in the past 31 years generally showed a trend of more in the east than in the west， mainly concentrated in the east， with a significant regional difference. The number of the snowstorm and the amount of snow in the last 31 years showed a decreasing trend. The turning year of which was 2002， it was a snowy period before 2002， and it was a period of few snowfalls after 2002. After the 2000s， the number of snowstorms decreased at a rate of 2 stops every 10 years， and the amount of snowstorms decreased at a rate of 2.4 mm per 10 years. The season distribution of the snowstorm ?was bimodal， with the largest peaks occurring in April and May. The number of snowstorm days showed a periodic change of 3a， 5a， and 10a. Using NCEP to analyze the height field and wind field of the data， the circulation and impact system of snowstorm weather were summarized and concluded. The circulation pattern of the regional snowstorm in north Tibet could be divided into 4 types， namely， the Indian low-pressure type， the north ridge & south trough type， stepped trough type， and Balkhash lake low trough type. The southern branch trough， tropical depression， low vortex-shear and plateau trough were the main influence systems of the snowstorm in the northern Tibet.

Key words： snowstorm; wavelet analysis; climatic characteristics; circulation type; northern Tibet

暴雪是冬季最常見的災害性天氣之一。暴雪天不但能見度低，而且積雪深厚，伴隨的降溫以及道路結冰是造成災害的主要原因。青藏高原因海拔高、氣溫低，每年的春季、秋季和冬季降雪天氣成了主要的降水形式，由于降雪天氣過多，積雪過深，氣溫驟降，極易出現大范圍的積雪，出現白災，影響牧區牲畜的正常活動，給人們生產和生活帶來不利影響，并造成經濟損失[1-5]。

20世紀以來，全球氣候變暖非常顯著，在此氣候背景下，氣象工作者對降雪和積雪的研究更為廣泛， 尤其是研究青藏高原降雪和積雪的變化，已成為診斷氣候變化特征的重要手段。張薇等[6]研究表明，青藏高原東（西）部積雪異常對中國夏季降水分布存在顯著差異，對應的大氣環流形勢也存在明顯差異。蔣文軒等[7]研究指出，1997—2010年青藏高原冬季降雪中1980—1990 年降雪呈偏多趨勢，降雪的突變現象出現在1988年和2007年，降雪呈減少趨勢。孫秀忠等[8]分析表明，1960—2005年年中國平均年降雪量總體呈弱的減少趨勢;在氣候變暖的背景下，除東北區北部和西北區西部降雪趨勢為正值外，其他地區都為負值， 其中長江中下游地區降雪減少最明顯。柯長青等[9]研究指出，青藏高原積雪與冬季降雪呈顯著正相關，與冬季、春季氣溫呈明顯的負相關。錢永甫等[10]指出，青藏高原積雪異常對中國夏季風氣候的影響是顯著的，積雪的增加會明顯減弱亞洲夏季風的強度，使夏季孟加拉灣及華南的降水減少，而使江淮流域的降水增多。由此可見，青藏高原積雪深度的變化對中國夏季降水的多寡起關鍵作用，已成為氣象工作者預測中國夏季降水的重要因子之一。因此，研究高原的降雪和積雪深度的變化不僅對高原天氣和氣象服務有指導意義，還對整個氣候變化的了解具有重要意義。目前對高原冬季積雪和強降雪天氣的研究多集中在青藏高原[11-14]和西藏西南部的暴雪天氣[15-17]，對藏北暴雪天氣的氣候特征以及暴雪天氣的環流形勢和造成降雪的主要影響系統研究較少。本研究利用藏北各站31年的地面資料，應用氣候診斷方法分析出藏北暴雪天氣的氣候特征，并對造成藏北暴雪天氣的環流和影響系統進行分析歸納，以期對藏北暴雪天氣氣候特征以及變化規律有更清晰的認識，提高該區域的預報準確率，更好地為防災減災提供技術支撐。

1 資料選取與方法

根據西藏地理和氣候特征，將西藏分為藏北、南部邊緣、沿江一線和東部地區，圖1為藏北觀測站分布圖。從圖1觀測站分布可以發現，藏北中東部那曲至丁青一帶觀測站比較密集，西部的獅泉河至申扎之間的觀測站分布較稀疏。

暴雪天氣過程的篩選和定義：選取了1988—2018年1—12月39站逐日的地面降水觀測資料、逐日天氣現象和逐日積雪資料。根據規定，測站 ?24 h內（前一天20：00至當天20：00或當天8：00時至次日8：00）降雪量≥10 mm、24 h積雪≥1 cm時該測站達到暴雪量級，為了排除各雨雪和雨夾雪難以區分的觀測站，在滿足降雪量≥10 mm的同時，需滿足24 h積雪≥3 cm，同時周圍有2個以上站點出現中雪及以上天氣，降雪量≥2.5 mm，24 h積雪≥1 cm，記為一次區域性暴雪天氣過程。篩選出藏北出現暴雪天氣165 次，其中區域性暴雪過程有47次，應用氣候診斷、小波分析和顯著性檢驗等方法進行了氣候特征分析，在此基礎上挑選出造成暴雪天氣的環流，并進行分類分型，最后歸納總結出藏北區域性暴雪的典型環流和主要影響系統。

2 結果與分析

2.1 暴雪氣候的變化規律

2.1.1 暴雪的空間分布特征 由圖2可以看出，31年中藏北一帶各站均出現了暴雪，從空間分布看，藏北暴雪具有很明顯的地域性，呈西部少、東部多的特征，且各站的暴雪日數分布很不均勻，西部干旱區發生暴雪的頻次較少，東部濕潤氣候區發生暴雪的頻次較高。暴雪主要集中在偏東的那曲、嘉黎和丁青，中心位于嘉黎縣（89 d），是暴雪出現最多的1個站;暴雪日數在10～30 d的站有那曲、丁青;暴雪日數在5～9 d的站點比較多，主要分布在班戈、安多、申扎、當雄、索縣和比如，分布比較廣，無明顯的地域性;暴雪日數在1～5 d的站主要分布在藏北最偏西的2個站，分別是改則和獅泉河。從圖3可以看出，藏北暴雪雪量與暴雪日數的分布有著明顯的相關性，具有一致性的分布特征，暴雪日數最多的嘉黎縣雪量明顯的比其他站多，累積雪量為1 476.5 mm，丁青（466.0 mm）、那曲（219.8 mm）次之;索縣、比如暴雪日數與申扎和當雄的暴雪日數相同，均為8 d，但東部各站暴雪雪量比西部申扎和當雄站多，索縣、比如暴雪累積雪量均為109.2 mm，而申扎和當雄的累積雪量不足85 mm，由此可見申扎和當雄站的暴雪雪量和暴雪日數無顯著相關性;西部的獅泉河和改則的暴雪日數和暴雪雪量有著顯著的相關性，2個站暴雪日數均為1 d，且暴雪累積雪量也很少，不足20 mm。從藏北暴雪日數和雪量的空間分布看，暴雪發生的高頻區主要集中在藏北偏東的站點，暴雪高頻區也是暴雪雪量集中區域，西部暴雪頻次和雪量明顯少于東部。

2.1.2 暴雪的積雪深度分布特征 雪后大面積的積雪覆蓋和堆積以及氣溫低不易融化極易造成雪災[18]。積雪深度是氣象上用來表征積雪的參數。由圖4可知，年平均積雪深度和年最大積雪深度分布都很不均勻，自西向東逐漸遞增，西部各站積雪深度明顯小于90°E以東的站點。主要表現為2個高值區和2個低值區，年平均積雪深度和年最大積雪深度的高值區比較一致，而低值區略有偏差。年平均積雪深度和年最大積雪深度的高值區都在東部的嘉黎和丁青，嘉黎年平均積雪深度為35.6 cm、年最大積雪深度為39.0 cm，丁青年平均積雪深度為9.6 cm、年最大積雪深度為24.0 cm;年平均積雪深度的低值區為暴雪日數最少的獅泉河（0.2 cm）和改則（0.4 cm），其余各站年平均積雪深度在2.0～5.0 cm。年最大積雪深度的低值區為西部的獅泉河（7.0 cm）和安多（9.0 cm），其他站的年最大積雪深度在11～20 cm。從年平均積雪深度和年最大積雪深度的分布來看，中東部積雪明顯比西部深，區域差異明顯;年平均積雪深度和年最大積雪深度大值區出現在暴雪日數和暴雪量最集中的區域。

2.2 暴雪的時間變化特征

2.2.1 暴雪的年際變化特征 從年際變化（圖5）可以看出，1988—2018年藏北暴雪頻次主要呈減少的趨勢，1988—1995年為少發期，1996—2002年為暴雪多發期，暴雪的頻次比前期略有增長，2003年以后為暴雪少發階段。20世紀90年代初暴雪次數減少不明顯，以每10年0.2站次的頻率減少，2000年后暴雪減少的頻次很明顯，以每10年2站次速度減少，減少的趨勢通過0.05水平顯著性檢驗。暴雪日數的減少可能與全球變暖的氣候背景有關，近年來高原各地的氣溫普遍升高不少，尤其是冬季溫度升高的幅度最明顯[19]，導致了一部分降水為降雨或雨夾雪，不利于暴雪的產生。藏北暴雪最多的一年出現在2002年，出現11次，為同期最大值，比歷史同期偏多60%以上，1995年和2015年為暴雪最少年，僅出現1次，為同期最小值，比歷史同期偏少40%。

從圖6可以看出，藏北暴雪雪量存在明顯的年際變化，1988—1995年暴雪雪量呈減少的趨勢，1996—2005年暴雪雪量呈上升的趨勢，2006年以后暴雪雪量呈持續下降的趨勢，每10年分別減少了2.4 mm，減少的趨勢通過0.05水平顯著性檢驗。暴雪雪量2002年最多，雪量達207 mm，年暴雪雪量最少的年份是1995年，雪量不足30 mm，為31年中暴雪雪量最少的一年。這說明藏北的年暴雪次數與暴雪雪量存在正相關關系，即藏北暴雪次數偏多的年份雪量也偏多，暴雪次數偏少的年份雪量也少。

2.2.2 暴雪的季節變化 從1988—2018年藏北各月暴雪次數（圖7）可以看出，藏北暴雪主要集中在每年的9月至翌年的6月，第一峰值出現在5月，出現53次暴雪;4月為第二峰值，出現27次;7月、8月為暴雪的間歇期，該時期高原平均溫度較高，降水基本是以雨為主;12月至次年2月為暴雪的少發期，暴雪出現的次數都比較少。從暴雪的季節分布看，暴雪主要集中在3—5月，春季出現次數最多，共出現93次，春季為暴雪的多發期，其次是秋季（9—11月），共出現28次。

2.2.3 暴雪時間尺度周期明顯 對1988—2018年藏北暴雪進行了Morlet 小波變換（圖8），發現31年間暴雪次數存在明顯的周期變化，其中3、5、10年的周期變化最為明顯。3年的周期變化一直存在，強度也比較強，但時間尺度很短;5年的周期變化從20世紀90年代初期出現，強度從21世紀00年代后開始增強;10年的周期變化從20世紀90年代中期出現，強度從20世紀90年代末開始增強，至21世紀00年代末達到最強，近5年的強度有所減弱（圖8a）。方差圖中，存在2個比較明顯的峰值區，分別是3、10年，其中最大峰值對應3年，為第一主周期，10年對應第二峰值，為第二主周期（圖8b）。

2.3 暴雪環流分型

對1988—2018年藏北強降雪資料進行統計分析后發現，31年間大雪過程占61%，暴雪過程占39%，其中大暴雪占5%，特大暴雪占3%。統計分析出暴雪165次，挑選出區域性暴雪47次，根據500 hPa影響系統和大尺度環流背景，總結歸納出藏北暴雪天氣的環流特征，將環流分為4型，分別為印度低壓型、北脊南槽型、階梯槽型和巴爾喀什湖低槽型。

2.3.1 印度低壓型 每年4—5月和10—11月為孟加拉灣風暴多發時期，南部熱帶系統活躍[20]。中高緯環流呈徑向型，印度至孟加拉灣一帶的低值系統或孟加拉灣風暴登陸減弱后的低值系統外圍云系攜帶充沛的水汽和能量，云系沿西南風北上與北部冷空氣在高原匯合，造成暴雪。此型在藏北的暴雪中發生較少，共4次，只占藏北暴雪的8.5%，多發生在10月和5月。500 hPa環流上（圖9a）中高緯度地區為二槽一脊型，西太平洋副熱帶高壓（下稱副高）位置偏西，西脊點在東經90°E附近，巴爾喀什湖附近有一深厚的低壓槽區，高原上主體受西南氣流控制，印度半島至孟加拉灣附近熱帶低壓位置偏西位于83°E、17°N附近，低壓中心附近風速增大至18 m/s以上時，西南低空急流的建立有利于南部水汽輸送，西北側巴爾喀什湖低壓槽不斷分裂冷空氣上高原，冷暖空氣在藏北匯合，造成藏北的暴雪天氣。

2.3.2 北脊南槽型 從500 hPa環流上看，中高緯度地區為兩槽一脊控制，巴爾喀什湖至貝加爾湖附近為高壓脊區，高壓脊區加深向東北方向擴展，逐步形成北高南低的環流場，脊前西北氣流在東移的過程中分裂冷空氣南下上高原，南支槽位于高原西部，與北部冷空氣配合造成暴雪天氣，共有17次暴雪屬于此型，占藏北暴雪的36.2%。根據環流形式和影響系統的配置可將此型分為西部型和東部型。

西部型：伊朗高壓向東發展，中心位置偏南，藏北東部為弱脊控制，短波槽位于藏北西側，受地形和高原東側脊區的影響，高原西部的短波槽北抬，且移速較慢，南部暖濕氣流沿西南風輸送至高原，暴雪區位于藏北西部獅泉河至安多一帶，但強度不是很強（圖9b）。

東部型：伊朗高壓中心位于70°E附近，向東北方向發展，高原西部受伊朗高壓外圍的西北氣流控制，高原東部受一東北西南向的切變線控制，南支槽在83°E附近，受伊朗高壓的影響不斷東移，南支槽前西南氣流引導南部水汽上高原，冷暖空氣在藏北偏東一帶匯合，造成藏北偏東一帶的暴雪天氣，藏北偏西各站受伊朗高壓邊緣西北氣流的影響出現降溫天氣（圖9c）。經統計，此型中藏北一帶受低渦和切變造成的暴雪有11次，占北脊南槽型的64.7%。暴雪區主要出現在低渦、切變的東南側和南支槽槽前。

2.3.3 階梯槽型 500 hPa環流上，中高緯自西北向東南方向可以分析出兩個或多于兩個的西風槽，兩槽呈階梯狀配置，在暴雪過程中北支槽為暴雪天氣提供強冷空氣，南支槽提供充沛的水汽，共有13次暴雪屬于此型，在藏北暴雪中占27.7%。北支槽在500 hPa環流上可分為東北-西南向的豎槽和東西向的橫槽。根據階梯槽的位置和暴雪落區的不同，環流分為西部型和東部型。

西部型：南北兩支槽呈階梯狀配置，北支槽位于80°E、45°—55°N，南支槽位于70°E、30°—40°N附近時，北支槽加深東移，分裂冷空氣上高原，南支槽前西南暖濕氣流與北支槽后強盛的冷空氣在藏北西部交匯，形成暴雪天氣（圖9d）。

東部型：南北兩支槽的位置比較偏東，北支槽位于85°E、40°—50°N，南支槽位于75°E、20°—30°N附近時，巴爾喀什湖附近的高壓脊向東北向擴展，北支槽進一步加深南壓，在東移南壓的過程中分裂冷空氣上高原，當巴爾喀什湖附近的高壓脊發展緩慢，易在高原北側形成冷渦，冷渦附近多短波槽活動，加上南部南支槽的東移影響，使得南支槽前西南風增大，有利于南部水汽輸送，冷空氣與暖濕氣流在藏北那曲至丁青一帶交匯，形成暴雪天氣（圖9e）。

2.3.4 巴爾喀什湖低槽型 500 hPa上巴爾喀什湖附近有冷渦或冷槽活動時，在東移的過程中分裂冷空氣南下上高原，加上南部南支槽的影響，冷暖空氣在高原上匯合，形成大面積的降雪天氣（圖9f），此型在藏北的暴雪過程中占27.7%，有13次暴雪屬于此型。巴爾喀什湖北側高壓脊附近的西北氣流引導冷空氣東移，使巴爾喀什湖附近冷渦不斷南壓，分裂短波槽上高原，藏北一帶受切變線影響，南支槽位置比較偏南，槽前西南風速均在20 m/s以上，槽前的西南風有利于南部暖濕氣流的輸送，冷空氣與暖濕氣流在藏北交匯，暴雪區易出現在槽前和切變線附近。

2.4 暴雪的影響系統

通過對47次藏北區域性暴雪的環流分析，總結出造成此類天氣的主要影響系統有南支槽、低渦-切變、熱帶氣旋、高原槽和西南氣流。

2.4.1 南支槽 南支槽是中緯度西風急流遇高原阻擋，分為南、北兩支氣流，北支移速很快，南支受地形影響，移速減慢，強度增強，每年的11月至次年1月維持穩定少動[21]。南支槽位置在70°—85°E、20°—30°N時對高原降雪的水汽輸送起著重要作用。造成暴雪天氣的關鍵是冷暖空氣的配置，南支槽前的西南暖濕氣流引導南部水汽北上高原[22]，尤其是暴雪過程中南支槽前的西南暖濕氣流與西太平洋副高外圍西南暖濕氣流匯合時，增強了南部水汽的輸送，與北部冷空氣在藏北匯合，造成大范圍的暴雪天氣。

2.4.2 低渦-切變 低渦-切變是造成高原降水的影響系統之一[23，24]，高原上冬季低渦-切變沒有夏季活躍，但也是造成降雪的主要系統。高原上冬季和春季受低渦-切變的影響，高原以及周邊易出現大到暴雪天氣，并造成災害[25]。巴爾喀什湖附近的高壓脊東北向擴展，高原上冷空氣活動頻繁，藏北經常有低渦-切變線活動，低渦-切變線與南支槽前西南暖濕氣流配合，造成藏北大范圍的降雪過程，暴雪區常發生在低渦的東南側或切變線的南側，隨著南支槽的東移減弱，降水過程結束。

2.4.3 熱帶低壓 暴雪天氣的形成除了有強盛的冷空氣外，源源不斷的水汽輸送也是形成暴雪的關鍵。孟加拉灣是高原上造成強降水的水汽源地之一[26]，南部熱帶低壓外圍云系沿西南風北上高原，為暴雪天氣提供了充足的水汽，加之每年的秋季和春季是南部孟加拉灣熱帶風暴的暴發期，熱帶風暴登陸減弱為低壓時，外圍云系攜帶大量水汽和能量，云系沿南支槽前的西南氣流將水汽輸送至高原，與西風槽帶來的冷空氣在藏北匯合，造成暴雪。

2.4.4 高原槽 高原槽是冬季高原降雪的主要影響系統。500 hPa高空上，巴爾喀什湖附近有冷渦或冷槽活動時，不斷分裂短波槽上高原，高原西北部西風槽活動頻繁，暴雪形成除了有充足的水汽外還需要有強盛的冷空氣影響，南支槽引導南部充沛水汽輸送至暴雪區時，北部的冷空氣就起著關鍵作用。

2.4.5 西南氣流 500 hPa強盛的西南氣流將孟加拉灣和阿拉伯海水汽輸入降雪區。低空急流的配置更有利于暴雪的發生和發展，暴雪前24 h 500 hPa 環流上高原及周邊西南風變得密集且強度有所增強。由風速可以看出，暴雪發生前藏北風速比前期有所增大，藏北以南地區西南風速增大的尤為明顯，都增加了4 m/s以上，印度半島至孟加拉灣一帶的西南風速從原來的8 m/s增大至14 m/s以上，尤其是暴雪發生時南部的西南風風速增大至18 m/s，此時高原南側西南低空急流的建立更利于南部水汽的輸送，為暴雪區提供了充沛的水汽。

3 結論

1）1988—2018年藏北暴雪日數、暴雪雪量、年平均積雪深度和年最大積雪深度的空間分布具有很明顯的地域性，呈西部少、東部多的特征，區域差異很明顯。

2）1988—2018年藏北暴雪次數和暴雪雪量年際變化均呈減少的趨勢，20世紀90年代初暴雪次數以每10年0.2站次的頻率減少，2000年后以每10年2站次的速度減少;2006年以后暴雪雪量每10年減少2.4 mm，減少的趨勢通過0.05水平顯著性檢驗。

3）1988—2018年藏北暴雪的季節分布呈雙峰型，主要集中在每年的9月至翌年的6月，第一峰值出現在5月，4月為第二峰值;暴雪次數存在明顯的周期變化，但周期變化的時間和強度不同，各有不同顯著區域。

4）藏北暴雪天氣的主要環流特征可分為4型，分別為印度低壓型、巴爾喀什湖低槽型、北脊南槽型和階梯槽型;主要影響系統有南支槽、低渦-切變、熱帶低壓、高原槽和西南氣流。

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