武威市極大風(fēng)速氣候特征分析及其推算

曾婷　趙東旭

摘要 利用武威市觀測(cè)站2005～2013年最大風(fēng)速與極大風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，擬合武威市最大風(fēng)速與極大風(fēng)速之間關(guān)系，從而推算1980～2004年極大風(fēng)速，對(duì)武威市1980年以來(lái)極大風(fēng)速氣候特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，1980年以來(lái)武威市極大風(fēng)速共出現(xiàn)4個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在1984、1985、1993和2013年，尤其是1993年，極大風(fēng)速達(dá)30.5 m/s，歷史災(zāi)情記錄顯示1993年的“5.5黑風(fēng)”破環(huán)力極強(qiáng)，給武威的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的影響，1994～2012年屬于極大風(fēng)速較小階段，但由于此階段武威市設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，仍是給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)造成的嚴(yán)重的損失，利用第Ⅰ型極值分布方法推算武威市未來(lái)10、30、50、100年內(nèi)可能出現(xiàn)的最大風(fēng)速，推算結(jié)果分別為28.6、31.3、32.6、34.3 m/s，在今后設(shè)施農(nóng)業(yè)的規(guī)劃和發(fā)展應(yīng)加強(qiáng)大風(fēng)災(zāi)害的防范。

關(guān)鍵詞 極大風(fēng)速；第Ⅰ型極值分布；推算；氣候特征；武威市

中圖分類號(hào) S161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）20-06717-02

The Climate Characteristics Analysis and Calculation for Maximum Wind Speed in Wuwei City

ZENG Ting et al

（Key Laboratory of Arid Climatic Change and Reducing Disaster in Gansu Province， Key Open Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction CMA， Lanzhou Institute of Arid Meteorology China Meteorological Administration， Lanzhou， Gansu 730020； Wuwei Meteorological Bureau， Wuwei， Gansu 733000）

Abstract Using the maximal wind speed data and the maximum wind speed of Wuwei City station during 2005-2013， fitting the relationship between the maximal wind speed and the maximum wind speed， then the maximum wind speed from 1980 to 2004 was calculated， the climate characteristics of maximum wind in Wuwei City were analyzed since 1980. The results showed that the maximum wind speed had four peaks since 1980 in Wuwei City， they appeared in 1984， 1985， 1993 and 2013， especially in 1993， the maximum wind speed reached 30.5/s. The historical disaster records showed that in 1993 “5.5 black wind ”force was extremely strong， take great impact for the agricultural production in Wuwei. From 1994 to 2012， the maximum wind speed belonged to a little small stage， but in this stage the facility agriculture was developing rapidly， disaster losses are still very serious. Using the first typeⅠextremal distribution method， the maximum wind speed in the next 10， 30， 50， 100 years in Wuwei City was calculated. The calculation results were 28.6， 31.3， 32.6， 34.3 m/s. The wind disasters should be considered in the planning and development of facilities agriculture in the future.

Key words Extreme wind speed； The first typeⅠextremal distribution； Projection； Climate characteristics； Wuwei City

2013年7月30日19：50～21：00，武威市出現(xiàn)陣性大風(fēng)和揚(yáng)沙天氣，瞬間極大風(fēng)力達(dá)到10級(jí)，局部地方極大風(fēng)力達(dá)11級(jí)，全市農(nóng)作物受災(zāi)面積6 048.1 hm2，損壞日光溫室80座，養(yǎng)殖暖棚96座，農(nóng)業(yè)損失達(dá)2 913.94萬(wàn)元。極端大風(fēng)天氣嚴(yán)重影響著武威市設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，因此在日光溫室、養(yǎng)殖暖棚等農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)初期，應(yīng)充分考慮這些設(shè)施在使用期內(nèi)可能遇到的風(fēng)速極值，積極做好應(yīng)對(duì)措施，最大程度上降低極端大風(fēng)天氣可能造成的損失。筆者利用武威市觀測(cè)站年極大風(fēng)速歷史觀測(cè)資料，推算出歷史極大風(fēng)速序列并對(duì)其氣候特征進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)武威市未來(lái)10、30、50、100年可能出現(xiàn)的極大風(fēng)速進(jìn)行推算。

1 資料與方法

1.1 氣象資料及其處理

要研究不同重現(xiàn)期的極大風(fēng)速值，首先需要?dú)v史（30年以上）極大風(fēng)速序列值，之后利用統(tǒng)計(jì)方法可以估算極值風(fēng)速。武威市觀測(cè)站建站初期，只能定時(shí)人工觀測(cè)記錄2 min平均風(fēng)速，自記裝置安裝之后開始有10 min平均風(fēng)速，自2005年開始安裝自動(dòng)氣象觀測(cè)站，才實(shí)現(xiàn)了極大風(fēng)速的積累。

由于極大風(fēng)速氣象資料長(zhǎng)度并不符合極大風(fēng)速重現(xiàn)期的研究，因此，利用2005～2008年武威市觀測(cè)站每分鐘連續(xù)的風(fēng)速觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)出日最大10 min平均風(fēng)速V10 min和日極大風(fēng)速V極大，共得到3 287個(gè)樣本，兩者間相關(guān)系數(shù)為0.95。對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行一元回歸擬合[1]，得到一元回歸方程V極大=1.55V10 min+0.330 2，

方程回歸系數(shù)為0.91。對(duì)方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，計(jì)算F值為5 413 100，查F分布表知F>F（α=0.05）=3.85，方程通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。從圖1可以看到，極大風(fēng)速和最大風(fēng)速兩組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)集中狀態(tài)，說(shuō)明兩者相關(guān)性顯著。

圖1 武威市極大風(fēng)速與最大風(fēng)速擬合關(guān)系

1.2 第Ⅰ型極值分布

第Ⅰ型極值分布方法是國(guó)內(nèi)外常采用的擬合方法，在氣象上，多用來(lái)推算未來(lái)時(shí)段可能出現(xiàn)的最大降水量、最大風(fēng)速[2-4]以及極端值可能出現(xiàn)的頻率[5]，其密度函數(shù)為：

F（x）=exp{-exp[-α（x-u）]}，其中，μ=1n∑ni=1Vi、σ=1n-1∑ni=1（Vi-μ）2、α=c1σ、u=μ-c2α，式中，u為分布的位置參數(shù)，即分布的眾值；α為分布的尺度參數(shù)；Vi為連續(xù)n個(gè)年最大風(fēng)速樣本分布序列，在此n取34；μ為均值；σ為標(biāo)準(zhǔn)差；c1、c2為方程系數(shù)，具體值如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 極大風(fēng)速序列及其氣候特征

利用1980年1月～2004年12月平均最大風(fēng)速推算該時(shí)段年極大風(fēng)速，2005年1月以后為直接觀測(cè)的極大風(fēng)速，建立1980～2013年極大風(fēng)速序列（表2）。從武威市1980～2013年最大風(fēng)速、極大風(fēng)速變化（圖2）可以看出，近34年武威市最大風(fēng)速與極大風(fēng)速變化趨勢(shì)基本一致，風(fēng)速變化存在4個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在1984、1985、1993和2013年，1980～1995年武威市極大風(fēng)速呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在1993年，風(fēng)速達(dá)30.3 m/s，歷史災(zāi)情記錄1993年5月5日武威市出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴天氣，平均風(fēng)力7～8級(jí)，瞬間風(fēng)力9～12級(jí)，最小能見度為零，農(nóng)作物受災(zāi)面積5 080 hm2，社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7 843.2萬(wàn)元，可見突發(fā)的災(zāi)害性大風(fēng)天氣對(duì)武威市農(nóng)作物的影響及其嚴(yán)重。1995以后，武威市極大風(fēng)速變化較小，風(fēng)速平穩(wěn)維持在多年平均值（21.8 m/s）以下，但這并不意味著該時(shí)段大風(fēng)災(zāi)害性天氣鮮有發(fā)生，加之此時(shí)段屬于武威市設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展起步階段，基礎(chǔ)設(shè)施比較薄弱，相應(yīng)的預(yù)防措施不到位，大風(fēng)天氣仍然給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)帶來(lái)了極大的影響。歷史災(zāi)情記錄顯示1995～2001年武威市涼州區(qū)共出現(xiàn)5次大風(fēng)沙塵暴天氣，對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)造成較大損失，其致災(zāi)原因主要在于瞬時(shí)極大風(fēng)速均在6級(jí)（13.8 m/s≥風(fēng)速≥10.8 m/s）以上，因此瞬間極大風(fēng)速的大小直接決定著災(zāi)害的嚴(yán)重程度。相比于1995～2001年時(shí)段，2001年以后武威市極大風(fēng)速再次呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而與1980～1995年時(shí)段相比，上升幅度較小，且極大風(fēng)速最大值也明顯小于1980～1995年，但由于近年來(lái)武威市設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，日光溫室、養(yǎng)殖暖棚等面積快速增長(zhǎng)，災(zāi)害性大風(fēng)天氣造成的經(jīng)濟(jì)損失也迅速增加。

2.2 極大風(fēng)速推算

利用第I型極值分布方法，計(jì)算得出武威市未來(lái)10、30、50、100年內(nèi)可能出現(xiàn)的極大風(fēng)速，其推算結(jié)果分別為28.6、31.3、32.6、34.3 m/s。

3 結(jié)論

（1）1980年以來(lái)武威市極大風(fēng)速共出現(xiàn)4個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在1984、1985、1993和2013年，尤其是1993年，極大風(fēng)速達(dá)30.5 m/s，歷史災(zāi)情記錄顯示1993年的“5.5黑風(fēng)”破環(huán)力極強(qiáng)，給武威的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的影響。

（2）1994～2012年屬于極大風(fēng)速較小階段，但由于此階段武威市設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，仍是給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)造成嚴(yán)重的損失，可見隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)面積的不斷增大，防范極端大風(fēng)天氣的必要性愈加明顯。

（3）利用第Ⅰ型極值分布方法推算武威市未來(lái)10、30、50、100年內(nèi)可能出現(xiàn)的最大風(fēng)速，推算結(jié)果分別為28.6、31.3、32.6、34.3 m/s，這對(duì)武威市現(xiàn)如今大力發(fā)展的特色林果業(yè)、溫室種植、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是潛在的隱患，因此在設(shè)施農(nóng)業(yè)的規(guī)劃和發(fā)展應(yīng)加強(qiáng)大風(fēng)災(zāi)害的防范。

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