张家口赛区冬奥会和冬残奥会同期湿度变化特征

马梁臣 王 宁 朱 刚 李江波

（1.吉林省气象台，吉林长春 130062；2.东北冷涡研究重点开放实验室，辽宁沈阳 110166；3.吉林省气象科学研究所，吉林长春 130062；4.河北省气象台，河北石家庄 050000）

1 引言

第二十四届冬季奥林匹克运动会（简称冬奥会）于2022年2月4—20日在中国北京和张家口举行。根据奥组委的赛事安排计划，张家口市的崇礼县承办了跳台滑雪、单板滑雪、自由式滑雪、北欧两项、冬季两项和越野滑雪等项目的比赛。国际奥委会认为：对于雪上运动而言，天然雪是最好的，人工造雪也很重要；温度过低会影响人体的反应速度[1]，过高又会造成雪场融化；所以要求赛事承办地的降雪期在4个月以上，且4个月的平均温度不低于-18℃[2]。冬季雪上运动项目因需在室外举行，故对气象条件要求更高。在冬奥会举办历史上，曾有多届赛事受到异常天气的影响。1980年普莱希德湖冬奥会由于雪量严重不足而首次采用了人工造雪的方法；1984年萨拉热窝、1992年阿尔贝维尔和2010年温哥华冬奥会等，都曾因雪质不理想导致部分项目的赛事推迟或延误；1998年日本长野冬奥会更是因受暴雪影响，使得高山滑雪的所有赛事连续推迟6d[3-5]。

因赛场气象条件是决定冬奥会举办成功与否的关键因素之一，深入了解冬奥会承办地的气候条件，学者也有一些研究案例[6-12]。由于室外赛事对气象条件的要求非常严格，湿度条件对运动员的发挥和观众的体感有较大影响，同时湿度条件对能见度、降雪都有一定的关系，相对湿度的精细化预报也是冬奥气象服务团队的预报气象要素之一。本文利用2017—2019年11月到翌年3月的观测数据，对湿度进行空间和时间上的统计分析，揭示预报服务人员对复杂地形下湿度分布特征的认识，更好地开展湿度预报和针对性服务。

2 资料与方法

利用2017—2019年11月至翌年3月的张家口赛区逐小时间隔的加密气象站资料，对相对湿度的时间和空间特征进行统计分析。张家口赛区主要有云顶和古杨树两个场馆群，其中云顶场馆群共使用9个自动气象站资料，分别是云顶1—6号站、山底站、山腰站和山顶站；古杨树场馆群使用8个自动气象站资料，分别是越野1—3号站、冬两1—5号站。文中以两个场馆群为研究对象进行分析。

3 结果分析

3.1 相对湿度空间分布特征

2022年冬奥会张家口崇礼赛区主要有两个场馆群，两者间的距离约5km，但是其气象条件差异较大，因此在研究相对湿度时分开讨论。由图1a云顶场馆群可以看出，2017年11月—2018年3月、2018年11月—2019年3月两个雪季的平均相对湿度一般在48%～56%，随着海拔的增高平均相对湿度有增大的趋势。最大值出现在山顶，为56.3%；最小值出现在云顶1号站，为48.6%。其中云顶山腰站和云顶6号站离造雪场地较近，因此相对湿度值明显高于周边站。另外山底站虽然海拔较低，但是相对湿度并不低，原因尚不明确。由图1b古杨树场馆群可以看出，两个雪季的平均相对湿度一般在46%～50%，由于海拔相差较小，总体相对湿度较为集中。最小相对湿度出现在冬季两项4号站，为46.3%；最大相对湿度出现在冬季两项3号站，为49.9%。古杨树场馆群相对湿度小于云顶场馆群，主要原因是云顶场馆为满足旅游滑雪需求，在雪季长期造雪，雪道有积雪覆盖；古杨树赛区较少有积雪覆盖。

图1 11月至翌年3月云顶场馆群（a）、古杨树场馆群（b）平均相对湿度分布（单位：%；填色为海拔高度，单位：m）

从两个场馆群的极端相对湿度分布可以看出，云顶场馆群最大在96%～100%，100%只出现在山顶站，其中山腰站和6号站普遍高于周边站点。随着海拔的增高最大相对湿度有增大的趋势，极端最大相对湿度的最小值出现在云顶2号站，为96%。极端最小相对湿度在4～10%，其中山腰站和6号站普遍高于周边站点。随着海拔的增高极端最小相对湿度有变小的趋势，最小值出现在云顶山顶站和山底站，均为4%。古杨树场馆群极端最大相对湿度一般在95%～97%，大部分站点为96%，分布较为均匀；极端最小相对湿度一般在4%～5%。

冬奥会同期为2月4—20日，冬残奥会同期为3月4—13日。表1给出了两个场馆群2018年和2019年冬奥会同期的平均相对湿度、极端相对湿度的统计数据。发现2018年冬奥会同期，云顶场馆群平均相对湿度在49%～59%，极端最大相对湿度在76%～85%，极端最小相对湿度在18%～24%。随着海拔高度的增大，平均和极端相对湿度均有增大的趋势，山腰站比较特殊，地处低海拔但是湿度较大，可能和造雪有一定关系；平均相对湿度的最大值出现在山顶站，为59.2%。2019年冬奥会同期，云顶场馆群平均相对湿度在58%～66%，极端最大相对湿度在90%～95%，极端最小相对湿度在12%～23%。随着海拔高度的增大平均相对湿度同样有增大的趋势，云顶6号站和山腰站比较特殊，地处低海拔但是湿度较大，极端最小相对湿度的最大值为23%，出现在云顶6号站，靠近U型池场地，为主要造雪地点，而且离山腰站较近，是造成两站湿度偏大的原因；平均相对湿度最大值出现在山顶站，为65.8%。总体而言，2019年湿度条件大于2018年，随着海拔的增高相对湿度有增大的趋势，造雪场地值明显高于周边站。

表1 2018年和2019年冬奥会同期相对湿度统计 %

2018年冬奥会期间，古杨树场馆群平均相对湿度在43%～46%，极端最大相对湿度在71%～79%，极端最小相对湿度在16%～19%。平均相对湿度最大值出现在冬两3号站，为46.7%；最小为越野1号站，为43.1%。最大和最小平均相对湿度差异较小。2019年冬奥会期间，平均相对湿度在57%～61%，极端最大相对湿度在89%～91%，极端最小相对湿度在15%～20%。平均相对湿度比较接近，最大出现在越野1号站，为61.1%；最小出现在冬两4号站，为57%。同样2019年湿度条件大于2018年。

两个场馆群2018年和2019年冬残奥会同期的平均相对湿度、极端相对湿度的统计数据表明，2018年冬残奥会同期，云顶场馆群平均相对湿度一般在33%～42%，明显小于同年冬奥会同期；极端最大相对湿度在89%～95%，明显大于同年冬奥会同期；极端最低相对湿度一般在14%～19%，略小于同年冬奥会同期。最小平均相对湿度出现在云顶2号站，为33.9%；最大平均相对湿度出现在山底站，为41.5%。2019年冬残奥会同期也呈现同样的特征。

2018年冬残奥会同期，古杨树场馆群平均相对湿度一般在33%～39%，明显小于冬奥会同期；最低平均相对湿度出现在冬两6号站，为33.7%；最大出现在冬两3号站，为39.5%。

2018年冬残奥会同期的平均相对湿度小于冬奥会同期，云顶场馆群稍高于古杨树场馆群；极端最大相对湿度在89%～93%，明显大于冬奥会同期；极端最低相对湿度一般在12%～14%。2019年冬残奥会同期，平均相对湿度呈现与2018年相同的特征，明显小于冬奥会同期，一般在47%～52%。

3.2 相对湿度时间分布特征

为了进一步分析冬奥会和冬残奥会同期的相对湿度时间变化特征，下面对云顶场馆群和古杨树场馆群2019年的情况进行讨论。图2给出了2019年冬奥会同期云顶场馆群和古杨树场馆群代表站相对湿度时序图，云顶1—4号站相对湿度时序分布基本一致，1号站和2号站相对湿度略小于3号站和4号站，主要因为1号站和2号站位于阳坡。其间共有4次较为明显的湿空气影响过程，分别是2月4日、12日、14日、18日。干空气影响过程较少，较为明显的是18日凌晨到上午和20日白天。18日过程明显强于其他，最小相对湿度达12%。古杨树场馆群的冬两1号站和越野3号站两个代表站，相对湿度时序分布同样基本一致。白天湿度减小夜间湿度增大现象表现明显。较为明显的湿天气过程是18日的凌晨到上午，最低平均相对湿度值大于云顶场馆群。

图2 2019年冬奥会同期云顶1号站（a）、云顶2号站（b）、冬两1号站（c）、越野3号站（d）相对湿度时序（单位：%）

2019年冬残奥会期间云顶1—4号站相对湿度时序分布基本一致。其间共有1次较为明显的湿空气影响过程是3月9—10日。干空气影响过程出现在湿空气影响前1～2日，低相对湿度影响时间较长，接近48h，最小相对湿度达5%～8%。2019年冬残奥会期间古杨树赛区冬两1号站和越野3号站相对湿度时序分布基本一致。其中共有1次较为明显的湿空气影响过程是3月9—10日。干空气影响过程出现在湿空气影响前1～2日，最小相对湿度达5%～8%。白天相对湿度明显偏小；夜间云顶赛区湿度持续较小，但古杨树赛区湿度增大明显。

3.3 不同天气背景下相对湿度日变化特征

为更深入了解冬奥会同期不同天气背景下的湿度特征，选取了2019年强冷空气、弱冷空气和降雪三类天气背景下的36个个例，对湿度的日变化特征进行分析研究。强冷空气过程的选取结合天气形势和环流背景，以24h最低气温下降6℃以上，同时伴有大风天气为标准；弱冷空气过程为冷空气较弱或无冷空气影响，最低气温下降小于6℃，但最低气温仍有较大下降为标准，主要考虑山区辐射降温和“冷池”现象。

在强冷空气影响下，对48h内的逐小时湿度求平均，包括冷空气来袭之前的24h。由图3可以看出，在冷空气来临前相对湿度持续较高，最低相对湿度也在50%以上。云顶场馆相对湿度变化幅度较小，小时变湿也差异不大，强冷空气影响后相对湿度降至30%左右。一般强冷空气都会带来干空气，而且冷空气来临前一般会有回暖的天气，湿度有增高的现象。同时气温下降又有利于空气饱和，综合两种作用，降温后白天相对湿度并没有降至非常低。冬两和越野赛场，相对湿度在7:00—9:00迅速下降，小时变湿在10%左右。

图3 2019年云顶赛场（a）、冬两赛场（b）、越野赛场（c）强冷空气过程逐时平均湿度时序

在弱冷空气影响下，对24h内的逐小时湿度求平均。在冷空气来临前相对湿度并不高，最高相对湿度在50%左右。云顶场馆相对湿度变化幅度较小，小时变湿也差异不大，相对湿度明显转折点在8:00—9:00。弱冷空气影响后相对湿度降至20%～25%，其中云顶6号站在该种背景下湿度变化幅度较小，基本在35%～45%。基础湿度条件较差，加之干空气的影响，最低相对湿度降至更低值。冬两和越野赛场，相对湿度在7:00—9:00迅速下降，小时变湿也在10%左右。在弱冷空气的背景下，冬两和越野赛场湿度日变化幅度较大，而云顶场地的湿度日变化较小。

在降雪天气影响下，对24h内的逐小时湿度进行求平均处理，同时对6次过程的小时降雪进行累加。降雪在中午和午后总量较大，在00:00—04:00产生降雪的总量较小。从湿度情况可以看出，降雪时平均相对湿度在55%以上，其中越野2、3号站和冬两4号站有雪量观测，湿度情况一般在60%以上。而云顶场馆平均情况低于其他场馆，也就意味着云顶场馆的降雪湿度条件阈值小于越野和冬两赛场。另外越野和冬两场地的湿度在11:00—12:00有短暂降低，可能是该时段降雪减少、气温升高造成的。而云顶赛场未发现这种特点。随着降雪的持续，相对湿度持续增大，逐小时的相对湿度和降雪量关系并不紧密。说明达到降雪的湿度启动条件后，并不会因为雪量增大而湿度明显增大。

4 结语

（1）云顶场馆群两个雪季的平均相对湿度一般在48%～56%，极端最大相对湿度为96%～100%，极端最小一般在4%～10%。随着海拔的增高相对湿度有增大趋势，造雪场地值明显高于周边站。

（2）古杨树场馆群两个雪季的平均相对湿度一般在46%～50%，极端最大相对湿度为95%～97%，极端最小一般在4%～5%。古杨树场馆群相对湿度小于云顶场馆群。

（3）冬残奥会同期平均相对湿度明显小于冬奥会同期。冬残奥会同期的极端最大相对湿度大于冬奥会，冬残奥会同期极端最小相对湿度小于冬奥会。冬残奥会同期相对湿度变幅较大。古杨树场馆群平均湿度分布较为均匀。

（4）没有干湿天气过程时白天湿度减小夜间湿度增大现象表现明显。在强冷空气来临前相对湿度持续较高，云顶场馆相对湿度变化幅度小，冬季两项和越野场馆相对湿度在07—09时迅速下降，小时变湿在10%左右。在弱冷空气来临前相对湿度并不高，最低相对湿度低于强冷空气过程。冬季两项和越野场馆湿度日变化幅度较大。降雪时平均相对湿度在55%以上，云顶场馆的降雪湿度条件阈值小于越野和冬季两项赛场。