1960年至2004年南京市風(fēng)速變化及其成因研究

摘 要：利用南京、高淳、江寧、江浦、六合、溧水六個(gè)地面站1960年至2004年逐日平均風(fēng)速數(shù)據(jù)資料，分析了南京市平均風(fēng)速的時(shí)空變化特征及其可能原因。其結(jié)果表明：近45年來南京市年平均風(fēng)速為2.61 m/s，最大平均風(fēng)速出現(xiàn)在3月，為3.08 m/s，十月的平均風(fēng)速最小，為2.45 m/s。一年四季中，春季的平均風(fēng)速最大，為2.93 m/s，秋季平均風(fēng)速最小，為2.50 m/s，呈現(xiàn)出“春季大，秋季小”的季節(jié)分布類型。近45年間各季節(jié)與年平均風(fēng)速的年代際變化趨勢(shì)基本一致，都呈現(xiàn)出波動(dòng)性變化及總體減弱的趨勢(shì)。在空間上，南京市平均風(fēng)速呈現(xiàn)出“南大北小”的地理分布格局。風(fēng)速的變化，主要是由于全球氣候變暖下中國(guó)乃至亞洲大氣環(huán)流的變化而引起的局地環(huán)流的變化。此外，強(qiáng)冷空氣南下次數(shù)和強(qiáng)度的減小、臺(tái)風(fēng)的減少、觀測(cè)環(huán)境的影響、儀器性能的差異以及統(tǒng)計(jì)時(shí)次的變更等也是引起南京市風(fēng)速變化的原因。

關(guān)鍵詞：平均風(fēng)速 平均溫度 變化特征 南京

中圖分類號(hào)：P444 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0122-04

據(jù)2007年IPCC第四次評(píng)估報(bào)告顯示，近百年來全球平均地面氣溫增暖了0.74 ℃[1]，隨著全球氣溫變暖，全球的風(fēng)速也隨之變化。研究表明[2]，從全球范圍來看，位于中緯度的中國(guó)、歐洲、北美和澳洲在過去的30-50年間表現(xiàn)出-0.004～-0.017 m/s·a的風(fēng)速遞減率，高緯度地區(qū)（如>65°的南極洲）則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，風(fēng)速的年平均遞增率約為0.005 m/s·a，近47年來全國(guó)年平均風(fēng)速經(jīng)歷了明顯的減弱趨勢(shì)，每10年的減小速率約為0.11 m/s[3]。Xu等[4]利用305個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)氣候站和基本氣象站的地面資料，分析了1969年至2000年全國(guó)的風(fēng)速變化，認(rèn)為中國(guó)年平均風(fēng)速下降了28%，日平均風(fēng)速大于5 m/s的日數(shù)下降了58%。

南京市地處長(zhǎng)江下游，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，冬季受歐亞大陸氣團(tuán)影響較深，天氣晴朗、寒冷、干燥，夏季受歐亞大陸低壓區(qū)影響，天氣炎熱，與武漢、重慶并稱“三大火爐”。目前，已有學(xué)者對(duì)南京市的氣候變化進(jìn)行研究[5，6]，但大多針對(duì)其溫度、降水、相對(duì)濕度等變化，對(duì)風(fēng)速變化的分析較少。對(duì)南京風(fēng)速變化的研究，不僅可以為南京風(fēng)能的開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，還可以為長(zhǎng)江中下游地區(qū)氣候變化的研究提供參考。本文將利用南京市六個(gè)測(cè)站1960年至2004年的逐日風(fēng)速觀測(cè)資料分析南京市近45年來的風(fēng)氣候變化特征，為南京市開展氣候變化的監(jiān)測(cè)、診斷、評(píng)估、預(yù)估以及影響對(duì)策提供參考和科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文數(shù)據(jù)資料來自于江蘇省氣象局提供的1960年至2004年南京（58238）、高淳（58339）、江寧（58333）、江浦（58237）、六合（58325）、溧水（58340）六個(gè)地面站逐日平均風(fēng)速和平均氣溫觀測(cè)資料，數(shù)據(jù)資料完整且通過極值檢查得到了初步的質(zhì)量控制。圖1給出了六個(gè)測(cè)站具體的分布位置，表1給出了各個(gè)測(cè)站的基本情況。將六個(gè)測(cè)站45年觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行每年逐月的算術(shù)平均，得到南京市1960年至2004年各月的平均風(fēng)速，再根據(jù)3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季、12月至次年2月是冬季的季節(jié)劃分，整理出南京市逐年春、夏、秋、冬四季的平均風(fēng)速。

分析要素時(shí)間序列時(shí)，采用了一元線性回歸分析方法，根據(jù)已經(jīng)計(jì)算出的每年逐月平均風(fēng)速，計(jì)算每年四季及各年的平均風(fēng)速，再得到其1960年至2004年間各個(gè)月份、各季及全年的一元線性回歸方程。在分析風(fēng)速與溫度變化的關(guān)系時(shí)，利用各年平均風(fēng)速與平均溫度的對(duì)比關(guān)系，得出相應(yīng)的結(jié)論。

2 結(jié)果分析

2.1 平均風(fēng)速年內(nèi)變化特點(diǎn)

2.2 平均風(fēng)速的年際變化趨勢(shì)

3 風(fēng)速變化的原因分析

3.1 氣候因素

3.1.1 溫度變化的影響

風(fēng)速的減小可以從氣候變暖得到解釋，因?yàn)轱L(fēng)是各個(gè)氣團(tuán)之間存在溫差，從而出現(xiàn)氣壓梯度而造成的氣體流動(dòng)。根據(jù)研究：中國(guó)的氣溫在1951年至1990年間的平均溫度升高了0.3 ℃[8]，與北半球的變化大致相似[9]，1957年至2000年的40年間，南京市的年平均氣溫升高了約0.66 ℃[5]。由于海陸升溫速度不同，亞洲大陸與太平洋之間的海陸溫差不斷縮小，作為連鎖反應(yīng)，兩者之間的氣壓差也一降再降，空氣流動(dòng)遭遇動(dòng)力不足，從而南京市夏季風(fēng)速也就隨之降低[10]。由于氣候變暖，并且高緯度冬季夜間的增溫顯著，這就造成了高、低緯之間的溫差減小，溫差的大小決定冷暖空氣交換的劇烈程度，所以高緯和低緯的經(jīng)向環(huán)流減弱[11]，從而導(dǎo)致南京市的冬春季節(jié)風(fēng)速減弱。全球氣候變暖下中國(guó)乃至亞洲大氣環(huán)流的變化而引起了長(zhǎng)江中下游地區(qū)局地環(huán)流的變化。近45年間平均風(fēng)速與平均氣溫在0.05水平（雙側(cè)）顯著存在的反相關(guān)關(guān)系（圖5），隨著平均氣溫的波動(dòng)性降低和增高，平均風(fēng)速呈現(xiàn)出波動(dòng)性的增大和減小。

3.1.2 極端天氣的影響

3.2 非氣候因素

李艷等[14]指出由于城市化、植樹造林、農(nóng)田開墾等下墊面人為改變的作用能夠使近地層風(fēng)速減弱，其減弱幅度與大氣環(huán)流的作用相當(dāng)。Jiang等[15]研究認(rèn)為城市化發(fā)展、測(cè)站遷址及測(cè)風(fēng)儀器的變更都會(huì)對(duì)中國(guó)年平均風(fēng)速的長(zhǎng)期變化產(chǎn)生一定影響。20世紀(jì)80年代開始中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，南京城市規(guī)模也在迅速擴(kuò)大，樓群發(fā)展很快，大量樓群的增加使得風(fēng)速記錄值逐漸減小。氣象臺(tái)站所在城市的快速發(fā)展在分析平均風(fēng)速長(zhǎng)期變化中起到怎樣的作用，目前仍缺乏較全面的研究，但城市化使氣象臺(tái)站平均風(fēng)速減小的確是一個(gè)不可忽略的原因[14]。

南京市各測(cè)站相繼于60年代末至70年代用EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì)取代維爾達(dá)風(fēng)壓板，研究發(fā)現(xiàn)[16]，維爾達(dá)測(cè)風(fēng)儀有一個(gè)重要的誤差特征，即風(fēng)速小時(shí)其觀測(cè)值偏小，風(fēng)速大時(shí)其觀測(cè)值也偏大，這是南京市70年代風(fēng)速偏大的可能原因之一。此外，一種儀器的統(tǒng)計(jì)時(shí)次不同，其風(fēng)速大小也會(huì)有區(qū)別，分別按3次和4次對(duì)風(fēng)速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，3次統(tǒng)計(jì)比4次統(tǒng)計(jì)的均值大0.18 m/s，偏大9.9%[16]，其絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差的大小，與平均風(fēng)速的大小有關(guān)。

4 結(jié)論

對(duì)南京地區(qū)近地層平均風(fēng)速變化的研究，能夠加深理解全球氣候變暖的大氣背景下中國(guó)氣候的局地響應(yīng)特點(diǎn)。本文對(duì)南京市近45年來平均風(fēng)速的時(shí)空變化特征及其可能原因進(jìn)行了分析研究，所得結(jié)論如下。

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