貴州省近10 a日最大風特征分析

吳古會，張艷梅

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

1 引言

目前，對于風場的研究分析主要集中于風能資源開發(fā)[1-3]和機場氣象保障[4-5]方面，在天氣預報業(yè)務工作中，研究較多的是強對流天氣過程中的雷暴大風[6-9]。貴州由于特殊地形地貌特征復雜，近地面的風場受其影響較大，所以無論是強對流天氣中的雷暴大風還是日常預報服務中對風的預報都相對困難。因此，有必要繼續(xù)對風場進行分析研究。國家氣象局為了不斷鞏固和提高預報員的專業(yè)知識和預報技術水平，每2年舉辦一次預報員預報技能競賽，溫度、風場等要素預報就是競賽的內容之一，按照比賽要求，風場是預報近年來08—08時最大風速和風向，本文對貴州風場分析的目的是希望能夠為這項要素預報提供參考信息。所以文中主要從競賽考試的要求出發(fā)，而非從氣候角度對貴州風場進行特征分析。

2 數(shù)據(jù)說明

文中使用各正點觀測記錄中過去1 h內10 min最大風速，取其中最大的風速并換算為蒲氏風力等級作為日最大的風速實況。數(shù)據(jù)皆讀取自cimiss(全國綜合氣象信息共享平臺)，日界為北京時間08—08時，鑒于cimiss中只錄入了近10 a的10 min平均風場資料，故本文所取資料時段為2007年1月—2016年12月，站點為貴州省84個縣(市)站。由于近10 a來，貴州的個別站點改變了地址，影響了資料的代表性和一致性，但考慮到遷址的站點數(shù)極少，加上樣本時間不長，故沒有對遷址站點(遵義、匯川、平塘、德江、貞豐)的資料另作處理，在分析時忽略了這幾個遷址的站點。

3 風場特征分析

表1可以看出， 2007—2016年各月的平均日最大風速，全省幾乎都在1.6～5.4 m/s(2～3級)范圍內，省的中西部地區(qū)風速相對北部和東部地區(qū)要大；從各月最大的日最大風速來看，貴州省在7月和9月都無大于10.8 m/s的大風發(fā)生(平均風力≥6級)；全省最小的日最大風速都小于3.3 m/s(2級)，除了5月，各月均有靜風(0～0.2 m/s)發(fā)生。

表1 貴州省2007—2016年各月的日最大風速范圍Tab.1 The range of daily maximum wind speed every month between 2007 and 2016

3.1 貴州四季風場特征

3.1.1 春季風場特征分析 本文對風場的分析主要是分為四季進行，季節(jié)劃分如下：冬季(12—2月)、春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)。

圖1 2007—2016年春季：(a)日最大風季平均風力(m/s)和主導風向，(b)最大的日最大風力(m/s)和風向，(c)1～2級風發(fā)生頻率 (百分比)，(d)3級風發(fā)生頻率(百分比)Fig.1 The spring of 2007—2016:(a)the seasonal average of daily maximum wind speed(m/s) and the dominant wind direction (b)the max-daily maximum wind (c)the frequency of wind force 1～2(%) (d)the frequency of wind force 3(%)

春季(圖1a)，遵義市、銅仁市及黔東南州這3個地區(qū)除了個別縣(市)外平均日最大風速都在2級(1.6～3.3 m/s)范圍內，貴陽市、安順市、六盤水市、黔西南州除望謨外縣(市)的平均日最大風速都為3級(3.4～5.4 m/s)，畢節(jié)市的西部和東部縣(市)、黔南州的中北部縣(市)也是3級居多；春季平均最大的出現(xiàn)在都勻4級風(5.5m/s)，最小為江口和沿河的2級風(2m/s)。取日最大風出現(xiàn)頻率最多的方向為季平均中的風向(下同)，即為主導風向，從春季主導風向的分布來看，類似于貴州西部準靜止鋒的風場分布，地面鋒線位于威寧—安順—長順—三都—從江一線，鋒后大部分地區(qū)主導風為東北風或北風，而鋒前區(qū)域為東南風或南風。

從這10 a來春季出現(xiàn)的最大日最大風的分布來看(圖1b)，省的北部和東部的大部分站點都未發(fā)生過平均風達到或超過6級的大風，也即在上述區(qū)域該季節(jié)的歷史個例災害性天氣欄中基本可以不考慮大風；曾出現(xiàn)過災害性大風的區(qū)域主要集中在六盤水市南部、黔西南州西部、安順和貴陽兩市的大部，以西南大風居多，這可能與春季受西南熱低壓影響有關。從最小的日最大風速分布可知(圖略)，1級風(0.3～1.5 m/s)為主，靜風和2級風都較少，即大部分站點的日最大風力至少填2級。

分析10 a來84縣(市)站日最大風速1～2級風(0.3～3.3 m/s)出現(xiàn)的頻率可知(圖1c)，遵義市東部和銅仁市大部春季日最大風速在1～2級的頻率高達7成以上，其中，長順、道真、務川、沿河、思南、江口、錦屏都達到9成及以上。安順市、貴陽市南部，黔西南州中西部、畢節(jié)市西部、盤縣的發(fā)生頻率都不足3成，出現(xiàn)頻率最高的是長順縣(98%)，而安順、都勻、安龍、威寧才1成左右，也就是這幾個站的日最大風速都較大。3級風(3.4～5.4 m/s)的分布情況來看(圖1d)，全省日最大風在這個范圍的發(fā)生頻率基本呈東北低西南高的分布，最常出現(xiàn)3級風的是威寧和貴陽(63%)；而長順出現(xiàn)3級風的頻率最低(2%)。

3.1.2 夏季風場特征分析 夏季平均日最大風力的分布(圖2a)與春季類似，東部、北部相對西部、南部的風力弱，東部、北部以2級風居多，而西部、南部以3級風為主；夏季平均最大的也出現(xiàn)在都勻的3級風(5.4 m/s)，最小為長順的2級風(1.9 m/s)。夏季主導風向的分布與春季不同，全省以偏南風居多。

圖2 2007—2016年夏季：(a)日最大風季平均風力(m/s)和主導風向， (b)最大的日最大風力(m/s)和風向,(c)1～2級風發(fā)生頻率 (百分比)，(d)3級風發(fā)生頻率(百分比)Fig.2 The summer of 2007—2016:(a)the seasonal average of daily maximum wind speed(m/s) and the dominant wind direction (b)the max-daily maximum wind (c)the frequency of wind force 1～2(%) (d)the frequency of wind force 3(%)

從這10 a來夏季出現(xiàn)的最大日最大風的分布來看(圖2b)，日最大風達到6級的站點較春季少，且分布較分散。畢節(jié)市夏季無大風發(fā)生，其余各地州(市)皆有1～2個站點有6級大風出現(xiàn)。最小的日最大風速分布與春季類似(圖略)，1級風(0.3～1.5 m/s)為主，靜風和2級風都較少。

從夏季日最大風速1～2級風(0.3～3.3 m/s)出現(xiàn)的頻率分布可知(圖2c)，發(fā)生頻率達7成及以上的地區(qū)和春季類似，都以貴州的東北部為主，超過9成的站點明顯比春季少，僅有長順、羅甸和沿河達到；與春季分布不同的是，貴州中西部地區(qū)夏季日最大風為1～2級的頻率略高于春季，各站的發(fā)生頻率都在1成以上，頻率最高的仍是長順縣(100%)，最低的為都勻(13%)。3級風(3.4～5.4 m/s)的頻率分布情況(圖2d)與春季的3級風相似，偏東及偏北的地區(qū)頻率小于偏西偏南的地區(qū)，最常出現(xiàn)3級風的是安順(69%)；發(fā)生頻率不足1成的分別是沿河、長順和羅甸，其中長順無3級風發(fā)生。

3.1.3 秋季風場特征分析 秋季平均日最大風力(圖3a)也呈東部、北部相對西部、南部的風力弱的分布，全省9個地州市中除了安順市全為3級風以外，其余8個地州市平均日最大風力都為2～3級，東部、北部以2級風居多，而西部、南部以3級風為主；該季平均最大的也出現(xiàn)在都勻3級風(4.9 m/s)，最小為羅甸的2級風(1.7 m/s)。秋季主導風向的分布與春季類似，猶如準靜止鋒位于貴州西部時的風場，地面鋒線位于威寧—普定—長順—平塘—榕江一線，鋒后以東北風為主，鋒線附近和鋒前為偏東風或偏南風。

圖3 2007—2016年秋季：(a)日最大風季平均風力(m/s)和主導風向，(b)最大的日最大風力(m/s)和風向，(c)1～2級風發(fā)生頻率 (百分比)，(d)3級風發(fā)生頻率(百分比)Fig.3 The fall of 2007—2016:(a)the seasonal average of daily maximum wind speed(m/s) and the dominant wind direction (b)the max-daily maximum wind (c)the frequency of wind force 1～2(%) (d)the frequency of wind force 3(%)

秋季出現(xiàn)的最大日最大風達到6級的站點也較春季少(圖3b)，分布較集中，9個地州市中僅安順市(關嶺、平壩、紫云)、貴陽市(貴陽、修文)和黔南州(甕安、都勻)有大風發(fā)生。最小的日最大風速分布與春季類似(圖略)，1級風(0.3～1.5 m/s)為主，靜風和2級風都較少。

秋季日最大風速1～2級風(0.3～3.3 m/s)發(fā)生頻率(圖3c)達6成及以上的地區(qū)分布較分散，9個地州市中除了安順市和貴陽市以外，其余地州市都有站點的發(fā)生頻率在7成以上，達到9成及以上的仍然集中在遵義市東部和銅仁市，相對而言，偏東地區(qū)的頻率還是高于偏西地區(qū)；秋季日最大風為1～2級的頻率也略高于春季，各站的發(fā)生頻率都在1成以上，頻率最高的仍是長順縣(100%)，最低的為都勻(13%)。3級風(3.4～5.4 m/s)的頻率分布(圖3d)情況與春、夏季相似，偏東及偏北的地區(qū)頻率小于偏西偏南的地區(qū)，遵義市、銅仁市及六盤水市都在5成以下，最常出現(xiàn)3級風的是貴陽(69%)，秋季長順也無3級風發(fā)生(0%)。

3.1.4 冬季風場特征分析 冬季平均日最大風力的分布(圖4略)也與春季類似，東部、北部相對西部、南部的風力弱，東部、北部以2級風居多，而西部、南部以3級風為主；冬季平均最大的也出現(xiàn)在都勻3級風(5.2 m/s)，最小為道真和羅甸的2級風(1.7 m/s)。冬季主導風向全省以東北風居多。

冬季出現(xiàn)的最大日最大風(圖略)達到6級的站點數(shù)量與春季相當。銅仁市該季無大風發(fā)生，其余各地州(市)皆有6級大風出現(xiàn)，普安和修文還達到了7級(13.9～17.1 m/s)，且各站都是西南大風。最小的日最大風速在四季中最小(圖略)，靜風比其余三季多，全省有接近一半的站點最小的日最大風都為0級風(0～0.2 m/s)，分布在9個地州市；其余為1級風(0.3～1.5 m/s)。

從冬季日最大風速1～2級風(0.3～3.3 m/s)出現(xiàn)的頻率分布(圖略)可知，發(fā)生頻率達7成及以上的地區(qū)比春季更廣，除了安順市以外，其余各地州(市)都有站點頻率在7成以上。頻率最高的是長順(99%)，最低的為都勻(11%)。3級風(3.4～5.4 m/s)的頻率(圖略)相對較低，最常出現(xiàn)3級風的是貴陽(65%)；有16站發(fā)生頻率不足一成，其中長順和思南出現(xiàn)3級風的頻率最低(1%)。

3.2 不同類型暴雨天氣過程風場特征分析

取24 h(北京時：08—08時)降水量≥50 mm的站點達到6站及以上為一次暴雨天氣過程，其中，當有站點24 h降水量≥200 mm時，都選取為暴雨過程。2007—2016年共有145次暴雨天氣過程?？紤]到暴雨過程中主要的影響天氣系統(tǒng)差異，將這145個暴雨個例進行了分型歸類，分型標準參考《貴州省預報員手冊2010版》：“根據(jù)低層冷空氣和中高空低渦、槽線、切變線配置情況，分為5種類型，即冷鋒低槽型暴雨、兩高切變及低渦切變型暴雨天氣過程、長江橫切變型(梅雨鋒型)暴雨、南支槽暴雨、臺風倒槽型”。從表2中可知，這10 a的暴雨過程也以兩高切變及低渦切變型和冷鋒低槽型為主，冬季無暴雨天氣過程。

3.2.1 冷鋒低槽型暴雨風場特征 在這10 a中，冷鋒低槽型暴雨過程共有43次，其中春季最多(27次)，平均每年2～3次，其次是秋季(11次)，平均每年1次，夏季僅有5次，每2 a才發(fā)生一次，即該類型主要發(fā)生在春、秋兩季。分析這兩個季節(jié)中發(fā)生的暴雨過程的風場發(fā)現(xiàn)(圖4)，春季冷鋒低槽暴雨發(fā)生時的平均日最大風力與整個春季平均的分布基本一致，都是以2～3級風為主，3級風集中在貴陽市、安順市、畢節(jié)市、六盤水市和黔西南州，而銅仁和遵義兩市以2級風為主。除了花溪的平均日最大風力由3級變?yōu)?級以外，其余各站點在暴雨過程中的平均日最大風力等級與季平均的相同。主導風向與季平均的差異較大，風向的分界線比季平均的更靠近貴州中部一線，類似于中部準靜止鋒的風場分布，南、北風的范圍相當。除了畢節(jié)和黔西，冷鋒低槽春季暴雨過程中最大日最大風力均比春季最大要小，也就是說，春季貴州大部分站點最大的日最大風力并不是發(fā)生在暴雨過程中，且在該類型春季暴雨中，各站均無6級及以上的大風發(fā)生。最小的日最大風力也沒有發(fā)生在暴雨過程中，2級風的范圍在暴雨過程中有所擴大，無靜風出現(xiàn)。

秋季冷鋒低槽型暴雨的平均日最大風與秋季平均的差異也主要體現(xiàn)在風向場，南、北風范圍相當，分界線位于貴州中部一線地區(qū)，與春季冷鋒低槽型暴雨的風場分布相似。最大的日最大風也不是在暴雨過程中出現(xiàn)的，該類型秋季暴雨過程中各站點也無6級及以上的災害性大風發(fā)生，且最大的日最大風達到5級(8.0～10.7 m/s)的也僅有3站(關嶺、修文、都勻)。暴雨過程中最小的日最大風與春季該類型暴雨的特點相同。

3.2.2 兩高及低渦切變型暴雨風場特征 兩高及低渦切變型暴雨過程共發(fā)生70次，集中在夏季(63次)，春季4次，秋季3次，即平均每年有6次左右的暴雨天氣過程屬于該類型，故只分析了夏季該型暴雨的風場特征(圖5)。分析發(fā)現(xiàn)，該型暴雨過程中的平均日最大風力與整個夏季平均的分布基本一致，都是以2～3級風為主，全省大部分站點在暴雨過程中的平均日最大風力等級與季平均的相同。主導風向與季平均的也基本一致。除了榕江和開陽的最大日最大風力發(fā)生在暴雨過程中以外，其余各站暴雨過程中最大日最大風力均比夏季最大要弱，在該類型暴雨中，各站也無6級及以上的大風發(fā)生。最小的日最大風力大部分站點的都比季最小略強，但風力等級還是以1級為主，2級風站點數(shù)增加，靜風站點數(shù)減少。

圖4 春季和秋季冷鋒低槽型暴雨風場：(a、c)日最大風平均風力(m/s)和主導風向,(b、d)最大的日最大風力(m/s)和風向Fig.4 The wind distribution ofcold front-upper trough type:(a.c)the average daily maximum wind speed(m/s) and the dominant wind direction (b.d) the max-daily maximum wind

圖5 夏季兩高及低渦切變型暴雨風場：(a)日最大風平均風力(m/s)和主導風向，(b)最大的日最大風力(m/s)和風向Fig.5 The wind distribution oflow vortex shear type:(a)the average daily maximum wind speed(m/s) and the dominant wind direction (b) the max-daily maximum wind

3.2.3 長江橫切變型暴雨風場特征 長江橫切變型暴雨過程共發(fā)生20次，都出現(xiàn)在夏季，即平均每年有2次左右的暴雨天氣過程屬于該類型。分析該類型暴雨過程的風場(圖6)發(fā)現(xiàn)，暴雨過程中的平均日最大風力與整個夏季平均的分布基本一致，主導風向與季平均的也相似。除了興義、平塘和甕安的最大日最大風力發(fā)生在暴雨過程中以外，其余各站暴雨過程中最大日最大風力均比夏季最大要弱，在該類型暴雨中，修文和甕安出現(xiàn)了6級及以上的大風。最小的日最大風力大部分站點的都比季最小略強， 2級風站點數(shù)明顯增加，且沒有靜風發(fā)生。

圖6 長江橫切變型暴雨風場：(a)日最大風平均風力(m/s)和主導風向，(b)最大的日最大風力(m/s)和風向Fig.6 The wind distribution ofmeiyu front type:(a)the average daily maximum wind speed(m/s) and the dominant wind direction (b) the max-daily maximum wind

3.2.4 臺風倒槽型暴雨風場特征 臺風倒槽型暴雨過程共發(fā)生8次，8月和9月各出現(xiàn)4次，分析該型暴雨的風場特征(圖7)發(fā)現(xiàn)，該型暴雨過程中的平均日最大風力比夏季或秋季的季平均要強，3級和4級風力的站點增加，全省大部分站點為3級風力。主導風向為一致的東北風。除了銅仁和播州區(qū)，其余各站最大日最大風力都發(fā)生在非暴雨過程中，在該類型暴雨中，各站也無6級及以上的大風發(fā)生。最小的日最大風力都比夏季和秋季的最小強，風力等級以2級為主，無靜風出現(xiàn)。

圖7 臺風倒槽型暴雨風場：(a)日最大風平均風力(m/s)和主導風向，(b)最大的日最大風力(m/s)和風向Fig.7 The wind distribution oftyphoon type:(a)the average daily maximum wind speed(m/s) and the dominant wind direction (b) the max-daily maximum wind

近10 a南支槽型暴雨較少，僅發(fā)生過4次(春季1次，夏季1次，秋季2次)，從這4次暴雨過程的地面日最大風分布可知(圖略)，日最大風也以2級風為主，大部分站點為西南風或偏南風。

4 結論

綜上所述，得到以下結論：

①各季平均的日最大風力分布都表明，貴州偏東和偏北地區(qū)的風力較偏西和偏南地區(qū)的弱，偏東偏北地區(qū)以2級風為主，而偏西偏南地區(qū)3級風居多。相對而言，安順市、貴陽市、黔西南州的3級風發(fā)生頻率較高，而遵義市、銅仁市和黔東南州的2級風頻率高。春、秋季的主導風向分布與貴州西部準靜止鋒的風場相似，夏季大部分站點偏南風出現(xiàn)頻率最多，而冬季則以東北風為主。

②全省只有少數(shù)站點發(fā)生過6級及以上的大風，冬、春兩季相對較多，且以西南大風為主。除了冬季以外，大部分站點也無靜風出現(xiàn)。

③暴雨過程中的平均日最大風力等級與季平均基本一致，臺風倒槽型的稍強。除了冷鋒低槽型暴雨的主導風向與相應季節(jié)的分布有較大差異以外，兩高及低渦切變型、長江橫切變型的主導風向都與夏季的分布相似，臺風倒槽型絕大多數(shù)站的主導風向為東北風，南支槽型暴雨過程太少，風場特征需待積累更多個例再作結論。

④最大的日最大風力幾乎都發(fā)生在非暴雨過程中，除了長江橫切變型，其余4種類型暴雨中都無6級及以上的大風發(fā)生；此外，暴雨過程中除了兩高及低渦切變型有極少站出現(xiàn)過靜風，其余類型暴雨中都無靜風發(fā)生，最小的日最大風力以2級居多。

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