黑龍江省冬季降雪的變化特征及其影響因子分析

壽佳慧

關鍵詞：黑龍江省;降雪;變化特征;影響因子

1 引言

黑龍江省位于中高緯地區，是中國最北部的一個省。每年從9月份起至翌年的5月份，黑龍江省的降水形式表現為降雪。隨著全球地表溫度的日趨增高，兩極地區的冰川和高原上的積雪將融化，這必將對周圍大氣中平均水汽含量有著重要的影響。本文選取黑龍江省24個代表站點資料（呼瑪、嫩江、孫吳、北安、克山、富裕、海倫、明水、伊春、富錦、泰來、北林（綏化）、安達、鐵力、佳木斯、依蘭、寶清、哈爾濱、通河、尚志、雞西、虎林、牡丹江、綏芬河），冬季12月資料從1960-2009年，1月資料從1961-2010年，2月資料從1961-2010年。利用2.5°×2.5°NCEP/NCAR再分析（NCEP/NCAR：有時不同的氣象個例中往往會包含著共同的物理本質，或者不同的個例之間具有統計上的某些相似特征。合成分析方法可以分析在不同氣候背景條件下，變量有無明顯的不同，或者說多種氣候態是否對變量有顯著影響）。逐月資料，包括850hPa風場、500hPa高度場、200hPa風場資料，對黑龍江省近50年來冬季平均降雪的年代際變化特征進行了研究，重點分析了冬季平均降雪的時空異常特征和影響降雪變化的主要因子，以期待對黑龍江省冬季降雪變化的研究工作和日常的氣象業務工作有一定的幫助。

2 黑龍江省冬季降雪時空變化特征

對1960-2009年黑龍江省冬季（12，1，2月）平均降雪距平場進行經驗正交函數（EOF）分析（EOF主要的功能是從氣象變量場的資料集中識別出主要的相互正交的空間分布型和從多變量序列中提取主要的相互正交獨立的新變量序列，用少數幾個新變量序列來反映原來多個變量的變化信息），以研究近50年黑龍江省冬季平均降雪時空變化特征。黑龍江省冬季平均降雪距平EOF分析中第一、二、三模態的方差貢獻分別為53.5%、13.5%、7.7%。

圖1a呈現出全區一致型的分布，而且空間變率表現為西部小東部大的特征。這樣的分布形式充分表明，盡管黑龍江省地形種類較多，但冬季平均降雪異常的空間分布非常一致。圖1b表現出明顯的年際和年代際變化特征。1960-1979年期間第一時間系數為明顯的負值。20世紀80和90年代，第一時間系數出現準2-4年震蕩的特征;而進入21世紀后，第一時間系數為明顯的正值。由此說明黑龍江省的降雪從20世紀80年代之后呈現明顯的增加趨勢。

圖2a呈現出南正北負的反向分布特征。圖2b表現出明顯的年際和年代際變化特征。1960-1999年期間的絕大多數年份的第二時間系數為正數。而進入21世紀后，第一時間系數為明顯的負值，表明21世紀初期黑龍江地區降雪為北多南少的變化趨勢。

圖3a表現出黑龍江省中西部與東部反位相的分布。圖3b表現出明顯的年際和年代際變化特征。20世紀90年代之前第三時間系數在零值附近波動，20世紀70年代表現出準2-4年震蕩的特征。而進入20世紀90年代之后，第三時間系數相對之前發生了較大的波動，年與年之間差異較大。再者，絕大多數年份的時間系數為負值。

3 黑龍江省冬季平均降雪年代際變化的成因分析

在對黑龍江省冬季平均降雪年代際異常進行研究時，除了考慮高緯冷空氣的活動情況，還要考慮水汽輸送對降雪的影響。本文將從500hPa位勢高度場、850hPa風場出發，討論黑龍江省冬季平均降雪年代際變化與大氣環流異常之間的關系。

圖4給出了時間段A和B兩個時期冬季500hPa平均位勢高度和距平場的分布。由圖4a可知，時間段A冬季平均降雪量異常偏少時，500hPa位勢高度在極地和亞洲中高緯地區為大范圍的負距平區域。平均的位勢高度場表明極地低壓強度較平均年偏強，范圍偏大。極地低壓偏強使得冷空氣都在極地聚集，不易向低緯度地區輸送。東亞大槽位于日本海附近，槽區為位勢高度為負異常，說明東亞大槽較常年深厚。貝加爾湖至我國內蒙古地區在500hPa位勢高度場上為一脊，強度較平均年變化不明顯。黑龍江省位于貝加爾湖高壓脊的前部和東亞大槽的后部西北氣流的控制下，且東亞大槽偏強，經向環流更強，不利于南方暖濕空氣向北的輸送，從而使得冬季平均降雪量異常偏少。

由圖4b可知，時間段B冬季平均降雪量異常偏多時，500hPa位勢高度與時間段A情況幾乎相反，在極地和亞洲中高緯地區為大范圍的正異常。500hPa平均的位勢高度場可以看出，這個時期極地低壓的范圍相比降雪偏少時要小，中心位置偏向格陵蘭島和北美洲。此外極地地區的500hPa位勢高度距平場為正異常，表明極渦強度小于多年平均值，即極渦偏弱。這使得冷空氣不易在極地區域聚集，容易向周圍擴散，特別是向中緯度地區輸送。東亞大槽位于日本海附近，槽區為位勢高度為正異常，說明東亞大槽較常年強度偏弱，位置偏西。貝加爾湖至我國內蒙古地區在500hPa位勢高度場上為一脊，強度較平均年變化不明顯。黑龍江省位于貝加爾湖高壓脊的前部和東亞大槽的后部偏西氣流的控制下，且東亞大槽偏弱，經向環流較弱，緯向氣流增強。緯向環流形勢的增加有利于熱帶以及西北太平洋地區暖濕空氣向北的輸送，與中高南下的干冷空氣交匯，從而使得冬季平均降雪量異常偏多。

根據準地轉關系我們知道，當500hPa平均位勢高度場發生變化時，高低層風場必然會伴隨著相應調整。因此下面從850hPa風場出發，探討850hPa風場異常與黑龍江省冬季平均降雪年代際異常之間的關系。

圖5a給出了時間段A中850hPa風場距平分布，由圖可知，在高緯存在異常的氣旋性環流，表明極地冷空氣向南輸送的強度較常年較弱。貝加爾湖東部地區對流層中低層存在一反氣旋性異常環流，內蒙古高原為一異常氣旋性，黑龍江省位于異常反氣旋性環流的前部偏北氣流控制下。鄂霍次克海存在異常的反氣旋環流，存在暖濕水汽的輸送，但水汽未能到達黑龍江省而是至俄羅斯境內。日本海為一弱的氣旋環流，中國南方地區上空存在異常的反氣旋環流，黃河地區為異常的偏西氣流，這表明南方的水汽未能向北輸送。綜上可知，冷空氣向南輸送偏弱，暖濕水汽未能達到黑龍江地區，所以時間段A冬季平均降雪量異常偏少。

圖5b給出了時間段B中850hPa風場距平分布，由圖可知，在高緯存在異常的反氣旋性環流，高緯以偏北氣流為主，這表明極地冷空氣向南輸送的強度較常年較強。高緯貝加爾湖地區對流層中低層為氣旋性異常環流控制，內蒙古高原為一異常反氣旋性環流，黑龍江省位于異常氣旋性環流的前部西南氣流控制下。日本海存在異常的反氣旋環流，它將西北太平洋暖濕的水汽輸送至我國的黑龍江省。同時中國南方地區上空存在異常的氣旋環流，這個氣旋環流也將有助于引導西太平洋暖濕水汽經我國沿海地區北上。綜上可知，冷空氣向南輸送偏強，加上暖濕水汽輸送到黑龍江地區，所以時間段B冬季平均降雪量異常偏多。

下面將從高低層相互作用的角度來討論黑龍江省冬季平均降雪量異常成因，主要是探討散度場變化情況。當散度數值大于零時表示輻散流場，數值小于零時表示輻合流場。圖6a給出了時間段A中850hPa散度距平場分布情況。由圖可知這期間我國內蒙古地區850hPa散度距平值為正，表明存在著風場的異常輻散，對應著下沉氣流增強，上升氣流減弱。圖6c給出了時間段B中850hPa散度距平場分布情況，兩個時期850hPa散度場距平場基本表現為相反的位相分布。由圖可知這期間我國內蒙古地區850hPa散度距平值為負，表明存在著風場的異常輻合，對應著上升氣流增強，下沉氣流減弱。由圖6b可知，時間段A內蒙古地區上空300hPa散度距平值為負，表明存在著風場的異常輻合，低層輻散、高層輻合表現為下沉運動，所以這個時間段A冬季平均降雪量異常偏少。由圖6d可知，時間段B內蒙古地區上空300hPa散度距平值為正，表明存在著風場的異常輻散，低層輻合、高層輻散表現為上升運動，所以在時間段B冬季平均降雪量異常偏多。

綜上所述可知，當低層的850hPa風場表現為輻合流場，高層的300hPa風場表現為輻散流場時，黑龍江省冬季平均降雪量異常往往偏多，反之亦然。

4 結論

本文利用黑龍江省24個氣象觀測站降水資料，對近50年來黑龍江省冬季平均降雪的時空異常特征和影響降雪變化的主要因子進行了分析，結果表明：（1）黑龍江省冬季各月年平均降雪量空間上呈現西少東多的特征。（2）黑龍江省冬季平均降雪距平EOF分析中第一模態呈現出全區一致型的分布，而且空間變率表現為西部小東部大的特征。第二模態呈現出南正北負的分布特征。第三模態表現出黑龍江省中西部與北部及東部反位相的三極型分布。（3）1960-2009年期間黑龍江省冬季平均降雪量呈現出整體的上升趨勢，且在1998年冬季平均降雪發生了顯著的年代際轉折。（4）500hPa位勢高度場上極地低壓以及東亞大槽強度偏弱，有利于日本海和西太平洋洋面上暖濕水汽向我國黑龍江省輸送;850hPa風場上，黑龍江省位于異常氣旋性環流的前部西南氣流控制下;低層的850hPa風場表現為輻合流場，高層的300hPa風場表現為輻散流場時，這樣的環流形勢有利于黑龍江省冬季平均降雪量異常偏多，反之亦然。