1. 引言
2015年7月31日，北京获得2022年冬奥会举办权，北京主办冰上项目，张家口主办雪上项目。作为冬奥城市和京津冀协同发展的重要节点城市，近年来，张家口致力于把“冷资源”变成“热经济”，全面放大冬奥效应，深度开发零度以下资源，推动冰雪运动，壮大冰雪产业。冰雪运动和冰雪产业的发展对当地的冰雪气候资源具有较高的依赖性，而冰雪气候资源则带有明显的季节性与区域性特征。影响冰雪运动和冰雪产业的主要气象因素有温度、降雪和风，特别是降雪，对其影响尤为显著。
近年来，众多学者从不同研究领域出发，对冬奥赛区的冰雪资源做了多方分析研究。徐庆喆等从张家口崇礼区初终雪日、雪季长短、降雪量级等方面着手分析了冬奥赛区降雪资源 [1]；肖王星等利用2002~2014年MODIS遥感积雪产品，结合1966~2013年台站积雪、气温和降水资料和DEM数据，分析了北京–张家口地区积雪的时空分布特征，并对冬奥会场地进行了积雪资源评价 [2]；段雯瑜和姬雪帅等分别通过对2012年和2015年的一次暴雪过程中物理量场的诊断分析，研究了张家口地区暴雪天气产生时的水汽条件与动力条件变化特征 [3] [4]；黄山江等利用国家站降水数据、NCEP再分析等资料，分析了2018~2019年冬奥滑雪赛区降雪特征和成因 [5]。以上研究主要从对该地单个或多个气象要素着手、或通过对单一降雪过程中物理量场的诊断，分析了冬奥赛区冰雪资源现状，本文拟从长时间序列入手，通过对该地降雪天气类型的分型来分析研究当地冰雪气候资源。
国内部分学者在长时间序列的降雪天气个例分型方面开展了一些研究工作。于莉丽等分析了2000年以来的24次大雪、暴雪(纯雪)过程，把锡林郭勒盟的降雪天气系统分为5类——蒙古冷涡(低槽)型、西来槽型、贝湖低槽(涡)型、东北冷涡(低槽)型、北槽南涡型 [6]。吕志红等通过对抚顺2001~2010年近10年的15个暴雪个例的短期天气学分型研究，将抚顺暴雪按500 hPa位势高度场分为横槽型暴雪和小槽东移发展型暴雪 [7]。余燕群等利用1988~2018年藏北各站逐日降水资料、逐日天气现象和逐日积雪资料，用气候诊断和小波分析等方法分析了藏北暴雪天气的气候特征，得出藏北区域性暴雪的环流形式可分为4型，即印度低压型、北脊南槽型、阶梯槽型和巴尔喀什湖低槽型；南支槽、热带低压、低涡–切变和高原槽为藏北暴雪天气的主要影响系统 [8]。周斌等分析了塔城地区南部暴雪天气的时间变化及环流特征，以500 hPa环流为依据将暴雪天气划分为西西伯利低槽东移南下型、南北2支锋区结合型、乌拉尔山低槽东移型3种类型 [9]。徐建国等利用1951~2013年63a的地面观测、MICAPS、NCEP、历史天气图等资料，将发生在内蒙古东南部的150次大到暴雪过程的700 hPa影响系统分为7种类型，即贝加尔湖低槽型、蒙古低槽型、北槽南涡型、西来斜压槽型、横槽型、低槽型、东北冷涡型 [10]。马振升通过对河南省70个暴雪个例的分析，建立了横槽型和两槽一脊型的暴雪天气学模型 [11]。阎访等通过普查近58年期间出现的22次暴雪天气过程，归纳出石家庄暴雪天气概念模型，并将其分为高压–倒槽型、高压底部型、低涡冷锋型3种 [12]。
可见，目前国内对于降雪天气的分型工作，均集中在对暴雪天气个例的研究方面，而对一般降雪天气个例的分型极其少见。本文以张家口地区降雪天气过程中高低空气象场的变化特征为依据，对2010~2019年近张家口地区绝大部分降雪天气过程做了简要分型，以期为张家口地区冰雪运动和冰雪产业的发展及冰雪气候资源的开发利用提供决策支撑。
2. 研究区域概况
张家口市地处河北省西北部京、冀、晋、蒙四省市交界处。该市地势西北高、东南低，阴山山脉横贯中部，将张家口市划分为坝上、坝下两大部分。坝上地区(包括康保、沽源、张北和尚义县)是蒙古高原的一部分，海拔高度一般在1400~1600米；坝下地区河谷盆地相间，山峦起伏，地形复杂，包括市区、宣化、怀来、万全、怀安、崇礼、赤城、涿鹿、阳原、蔚县，海拔高度一般在500~900米。张家口位于114~116E˚、40~42N˚之间，处于东亚大陆季风气候区内，冬季盛行西北风，寒冷干燥。
3. 数据来源
本研究以张家口市14个地面气象观测站2010~2019年冬季日降水量、地面气温、积雪深度及天气现象等常规气象观测资料为依据，当14个观测站中有10个以上站点出现降雪天气且各站日降雪量大于0.1 mm时，记为一次降雪天气过程。利用2010年以来张家口市气象台存储天气个例资料、河北省气象台灾害性天气个例库暴雪资料，结合NCEP再分析资料，选取了张家口地区共79次降雪天气过程做本次降雪天气个例分型，其中小雪过程59次，中雪过程9次，大到暴雪过程11次。
4. 结果与分析
4.1. 降雪日数月分布
研究表明，张家口市的降雪日主要集中在11月至次年3月之间 [13]，雪资源丰富区位于崇礼以北县区 [14]。本文所选79次降雪过程均处于11月至次年3月间，月平均降雪过程为1.52次/年，11月最多为2.2次/年，其次为2月和3月，1月最少只有0.9次/年。
4.2. 降雪天气气象场分型
通过对这些降雪天气过程气象场的形势演变及高低空配置的分析，大致将它们分为四个类型：西风槽东移型、北涡南槽型、横槽型和回流型(见表1)。
4.2.1. 西风槽东移型
每年10月中旬以后，东亚高空西风急流分为南北两支。整个中国大陆都在西风环流控制之下，西风带平均大槽位于140E˚附近。我国上空基本气流是西北风，蒙古冷高压强度达全年最强，中心平均位于100~105E˚、45~55N˚附近 [15]。
受东亚地区冬季环流特征及张家口地区地形和地理位置影响，该地区降雪天气以西风槽东移型居多，2010年以来共出现38次(占全部降雪过程的48%)，其中小雪过程33次，中雪过程3次，大雪过程2次。该类型降雪天气发生时，110E˚、40N˚以西的中高层常有偏西或西北路径低槽东移，大部分过程中低层配合有切变或急流，有时候也会出现横槽或较浅薄的低涡；在36次西风槽东移降雪过程中，有9次地面配合有倒槽。
Table 1. Classification of 79 snowfall cases in Zhangjiakou area from 2010 to 2019
表1. 2010~2019年张家口地区79次降雪天气个例分型
4.2.2. 北涡南槽型
北涡南槽型降雪过程发生时，通常东亚中高纬度贝加尔湖以西会出现低槽，并在东移的过程中逐渐加深形成闭合系统；同时，原本位于短波槽南部河套一带较为平直的南支槽也逐渐东移加深，与北部的闭合系统耦合后形成北涡南槽的形势。2010年以来，该市共出现北涡南槽型降雪过程18次，其中大雪过程3次，中雪过程4次，小雪过程11次。当高层环流场为北涡南槽型时，绝大部分情况下中低层均会存在切变或急流，当整个系统较为深厚时，地面也可能出现气旋。
4.2.3. 横槽型
横槽型降雪过程共出现10次，其中暴雪过程1次，大雪1次，小雪8次。横槽型降雪天气发生时，影响张家口地区的冷空气主力往往盘横在120E˚附近50~60˚N之间，冷空气底部向西伸出一个东–西走向横槽，槽前后是偏北风与偏西风的切变。随着冷空气主力的东移减弱，横槽底部冷空气会随之南下影响该市，大部分天气过程中低层会出现切变或急流，有3次过程地面出现了倒槽。
4.2.4. 回流型
回流型降雪过程是一种特殊的天气类型。一般来讲，回流型降雪发生时，冷空气会从东北平原南下，经过渤海以偏东路径侵入华北平原形成降雪天气 [16]。
2015年11月5~7日天气过程为一次典型的回流型降雪。2015年11月4日20时，冷空气主力位于120E˚附近60~70N˚之间，东北平原位于冷空气南部偏西气流控制之下，张家口上空500 hPa为偏西气流控制，底层850 hPa则处于偏北气流控制之下(图1左)，而地面则处于西北东南向的冷高压轴前部，地面盛行偏北风。随着冷空气主力的东移，逐渐有冷空气南下侵入东北平原，东北平原转为偏北气流控制，同时冷空气进入东北平原后，在42N˚附近由偏北风转为东北路径侵入张家口(图1右)，500 hPa高度场张家口上空转为低压槽前西南气流控制；而地面图上，从河套南部逐渐有一低压倒槽生成，并沿着东北方向发展加深。2015年11月5日11时，张家口南部地区开始出现降雨，至20时中北部地区也逐渐出现降雪；6日02时，全市均转为降雪，并持续到6日夜间。
回流型降雪过程的降雪量级明显要大于其它降雪类型，本次分析79次过程中，共出现13次回流型降雪天气过程，其中暴雪过程2次，大雪过程2次，中雪过程2次，小雪过程7次，中雪及以上过程占比达到46%，明显高于其它类型。
Figure 1. 500 hPa height field and 850 hPa wind field at 20:00 on November 4, 2015 (left) and 500 hPa height field and 850 hPa wind field at 08:00 on November 6, 2015 (right)
图1. 2015年11月4日20时500 hPa高度场和850 hPa风场(左)和2015年11月6日08时500 hPa高度场和850 hPa风场(右)
5. 结论
通过对2010年以来张家口地区79次降雪天气个例天气形势演变过程的分析，得出以下结论：
1) 该地区降雪天气过程主要出现在当年11月至次年3月，从降雪过程的月分布来看，11月最多为2.2次/年，其次为2月和3月，12月最少只有0.9次/年。
2) 79次降雪过程大致可分为四个类型：西风槽东移型、北涡南槽型、横槽型和回流型。
3) 四个降雪天气类型中，西风槽东移型出现次数最多，2010年以来共出现38次(占全部降雪过程的48%)；北涡南槽型次之，共出现了18次(23%)；第三为回流型，共出现13次(17%)；横槽型最少，只出现了10次(13%)。与张家口毗邻的锡林郭勒盟及内蒙古东南部大到暴雪过程分析结果 [6]、 [10] 相比，除西风槽东移型降雪过程在上述地区均较多见外，北槽南涡型降雪过程在上述地区也较为多见，而回流型降雪过程在上述地区很少发生，这与张家口地区降雪环流系统差异较大有关。
4) 回流型降雪过程降雪量级明显要大于其它降雪类型，13次回流型降雪天气过程，出现暴雪过程2次，大雪过程2次，中雪过程2次，小雪过程7次，中雪及以上过程占比达到46%，明显高于其它类型。这与阎访等对石家庄暴雪天气的分型结果相一致 [12]。
基金项目
本文由河北省省级科技计划(21567624H)资助。
NOTES
*第一作者。