寿佳慧

关键词：黑龙江省;降雪;变化特征;影响因子

1 引言

黑龙江省位于中高纬地区，是中国最北部的一个省。每年从9月份起至翌年的5月份，黑龙江省的降水形式表现为降雪。随着全球地表温度的日趋增高，两极地区的冰川和高原上的积雪将融化，这必将对周围大气中平均水汽含量有着重要的影响。本文选取黑龙江省24个代表站点资料（呼玛、嫩江、孙吴、北安、克山、富裕、海倫、明水、伊春、富锦、泰来、北林（绥化）、安达、铁力、佳木斯、依兰、宝清、哈尔滨、通河、尚志、鸡西、虎林、牡丹江、绥芬河），冬季12月资料从1960-2009年，1月资料从1961-2010年，2月资料从1961-2010年。利用2.5°×2.5°NCEP/NCAR再分析（NCEP/NCAR：有时不同的气象个例中往往会包含着共同的物理本质，或者不同的个例之间具有统计上的某些相似特征。合成分析方法可以分析在不同气候背景条件下，变量有无明显的不同，或者说多种气候态是否对变量有显著影响）。逐月资料，包括850hPa风场、500hPa高度场、200hPa风场资料，对黑龙江省近50年来冬季平均降雪的年代际变化特征进行了研究，重点分析了冬季平均降雪的时空异常特征和影响降雪变化的主要因子，以期待对黑龙江省冬季降雪变化的研究工作和日常的气象业务工作有一定的帮助。

2 黑龙江省冬季降雪时空变化特征

对1960-2009年黑龙江省冬季（12，1，2月）平均降雪距平场进行经验正交函数（EOF）分析（EOF主要的功能是从气象变量场的资料集中识别出主要的相互正交的空间分布型和从多变量序列中提取主要的相互正交独立的新变量序列，用少数几个新变量序列来反映原来多个变量的变化信息），以研究近50年黑龙江省冬季平均降雪时空变化特征。黑龙江省冬季平均降雪距平EOF分析中第一、二、三模态的方差贡献分别为53.5%、13.5%、7.7%。

图1a呈现出全区一致型的分布，而且空间变率表现为西部小东部大的特征。这样的分布形式充分表明，尽管黑龙江省地形种类较多，但冬季平均降雪异常的空间分布非常一致。图1b表现出明显的年际和年代际变化特征。1960-1979年期间第一时间系数为明显的负值。20世纪80和90年代，第一时间系数出现准2-4年震荡的特征;而进入21世纪后，第一时间系数为明显的正值。由此说明黑龙江省的降雪从20世纪80年代之后呈现明显的增加趋势。

图2a呈现出南正北负的反向分布特征。图2b表现出明显的年际和年代际变化特征。1960-1999年期间的绝大多数年份的第二时间系数为正数。而进入21世纪后，第一时间系数为明显的负值，表明21世纪初期黑龙江地区降雪为北多南少的变化趋势。

图3a表现出黑龙江省中西部与东部反位相的分布。图3b表现出明显的年际和年代际变化特征。20世纪90年代之前第三时间系数在零值附近波动，20世纪70年代表现出准2-4年震荡的特征。而进入20世纪90年代之后，第三时间系数相对之前发生了较大的波动，年与年之间差异较大。再者，绝大多数年份的时间系数为负值。

3 黑龙江省冬季平均降雪年代际变化的成因分析

在对黑龙江省冬季平均降雪年代际异常进行研究时，除了考虑高纬冷空气的活动情况，还要考虑水汽输送对降雪的影响。本文将从500hPa位势高度场、850hPa风场出发，讨论黑龙江省冬季平均降雪年代际变化与大气环流异常之间的关系。

图4给出了时间段A和B两个时期冬季500hPa平均位势高度和距平场的分布。由图4a可知，时间段A冬季平均降雪量异常偏少时，500hPa位势高度在极地和亚洲中高纬地区为大范围的负距平区域。平均的位势高度场表明极地低压强度较平均年偏强，范围偏大。极地低压偏强使得冷空气都在极地聚集，不易向低纬度地区输送。东亚大槽位于日本海附近，槽区为位势高度为负异常，说明东亚大槽较常年深厚。贝加尔湖至我国内蒙古地区在500hPa位势高度场上为一脊，强度较平均年变化不明显。黑龙江省位于贝加尔湖高压脊的前部和东亚大槽的后部西北气流的控制下，且东亚大槽偏强，经向环流更强，不利于南方暖湿空气向北的输送，从而使得冬季平均降雪量异常偏少。

由图4b可知，时间段B冬季平均降雪量异常偏多时，500hPa位势高度与时间段A情况几乎相反，在极地和亚洲中高纬地区为大范围的正异常。500hPa平均的位势高度场可以看出，这个时期极地低压的范围相比降雪偏少时要小，中心位置偏向格陵兰岛和北美洲。此外极地地区的500hPa位势高度距平场为正异常，表明极涡强度小于多年平均值，即极涡偏弱。这使得冷空气不易在极地区域聚集，容易向周围扩散，特别是向中纬度地区输送。东亚大槽位于日本海附近，槽区为位势高度为正异常，说明东亚大槽较常年强度偏弱，位置偏西。贝加尔湖至我国内蒙古地区在500hPa位势高度场上为一脊，强度较平均年变化不明显。黑龙江省位于贝加尔湖高压脊的前部和东亚大槽的后部偏西气流的控制下，且东亚大槽偏弱，经向环流较弱，纬向气流增强。纬向环流形势的增加有利于热带以及西北太平洋地区暖湿空气向北的输送，与中高南下的干冷空气交汇，从而使得冬季平均降雪量异常偏多。

根据准地转关系我们知道，当500hPa平均位势高度场发生变化时，高低层风场必然会伴随着相应调整。因此下面从850hPa风场出发，探讨850hPa风场异常与黑龙江省冬季平均降雪年代际异常之间的关系。

图5a给出了时间段A中850hPa风场距平分布，由图可知，在高纬存在异常的气旋性环流，表明极地冷空气向南输送的强度较常年较弱。贝加尔湖东部地区对流层中低层存在一反气旋性异常环流，内蒙古高原为一异常气旋性，黑龙江省位于异常反气旋性环流的前部偏北气流控制下。鄂霍次克海存在异常的反气旋环流，存在暖湿水汽的输送，但水汽未能到达黑龙江省而是至俄罗斯境内。日本海为一弱的气旋环流，中国南方地区上空存在异常的反气旋环流，黄河地区为异常的偏西气流，这表明南方的水汽未能向北输送。综上可知，冷空气向南输送偏弱，暖湿水汽未能达到黑龙江地区，所以时间段A冬季平均降雪量异常偏少。

图5b给出了时间段B中850hPa风场距平分布，由图可知，在高纬存在异常的反气旋性环流，高纬以偏北气流为主，这表明极地冷空气向南输送的强度较常年较强。高纬贝加尔湖地区对流層中低层为气旋性异常环流控制，内蒙古高原为一异常反气旋性环流，黑龙江省位于异常气旋性环流的前部西南气流控制下。日本海存在异常的反气旋环流，它将西北太平洋暖湿的水汽输送至我国的黑龙江省。同时中国南方地区上空存在异常的气旋环流，这个气旋环流也将有助于引导西太平洋暖湿水汽经我国沿海地区北上。综上可知，冷空气向南输送偏强，加上暖湿水汽输送到黑龙江地区，所以时间段B冬季平均降雪量异常偏多。

下面将从高低层相互作用的角度来讨论黑龙江省冬季平均降雪量异常成因，主要是探讨散度场变化情况。当散度数值大于零时表示辐散流场，数值小于零时表示辐合流场。图6a给出了时间段A中850hPa散度距平场分布情况。由图可知这期间我国内蒙古地区850hPa散度距平值为正，表明存在着风场的异常辐散，对应着下沉气流增强，上升气流减弱。图6c给出了时间段B中850hPa散度距平场分布情况，两个时期850hPa散度场距平场基本表现为相反的位相分布。由图可知这期间我国内蒙古地区850hPa散度距平值为负，表明存在着风场的异常辐合，对应着上升气流增强，下沉气流减弱。由图6b可知，时间段A内蒙古地区上空300hPa散度距平值为负，表明存在着风场的异常辐合，低层辐散、高层辐合表现为下沉运动，所以这个时间段A冬季平均降雪量异常偏少。由图6d可知，时间段B内蒙古地区上空300hPa散度距平值为正，表明存在着风场的异常辐散，低层辐合、高层辐散表现为上升运动，所以在时间段B冬季平均降雪量异常偏多。

综上所述可知，当低层的850hPa风场表现为辐合流场，高层的300hPa风场表现为辐散流场时，黑龙江省冬季平均降雪量异常往往偏多，反之亦然。

4 结论

本文利用黑龙江省24个气象观测站降水资料，对近50年来黑龙江省冬季平均降雪的时空异常特征和影响降雪变化的主要因子进行了分析，结果表明：（1）黑龙江省冬季各月年平均降雪量空间上呈现西少东多的特征。（2）黑龙江省冬季平均降雪距平EOF分析中第一模态呈现出全区一致型的分布，而且空间变率表现为西部小东部大的特征。第二模态呈现出南正北负的分布特征。第三模态表现出黑龙江省中西部与北部及东部反位相的三极型分布。（3）1960-2009年期间黑龙江省冬季平均降雪量呈现出整体的上升趋势，且在1998年冬季平均降雪发生了显著的年代际转折。（4）500hPa位势高度场上极地低压以及东亚大槽强度偏弱，有利于日本海和西太平洋洋面上暖湿水汽向我国黑龙江省输送;850hPa风场上，黑龙江省位于异常气旋性环流的前部西南气流控制下;低层的850hPa风场表现为辐合流场，高层的300hPa风场表现为辐散流场时，这样的环流形势有利于黑龙江省冬季平均降雪量异常偏多，反之亦然。