文登市風(fēng)要素的特征分析

周浩亮，孫鵬鵬，許 可，叢 源

(1.山東省威海市氣象局，山東威海 264200；2.山東省文登市氣象局，山東文登 264400；3.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京 210044)

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文登市風(fēng)要素的特征分析

周浩亮1，孫鵬鵬1，許 可3，叢 源2

(1.山東省威海市氣象局，山東威海 264200；2.山東省文登市氣象局，山東文登 264400；3.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京 210044)

利用1981～2010年風(fēng)向風(fēng)速觀測(cè)資料，采用線性回歸分析和風(fēng)向頻率玫瑰等方法，分析文登市風(fēng)速風(fēng)向的變化特征及風(fēng)速的年際、季節(jié)、日變化幅度。結(jié)果表明，近30年文登市平均風(fēng)速為3.4 m/s；春季最大，冬季次之，秋季最?。伙L(fēng)速通常是午后大，午夜至清晨??；近30年平均風(fēng)速呈上升趨勢(shì)，年平均最大風(fēng)速為17.2 m/s，年平均大風(fēng)日數(shù)為21.1 d；出現(xiàn)最多風(fēng)向?yàn)镃、NNW和S。

風(fēng)速變化；風(fēng)向頻率；特征；文登市

社會(huì)發(fā)展離不開能源保障，在世界各國(guó)面臨能源危機(jī)和環(huán)境污染的雙重壓力下，應(yīng)對(duì)氣候變化提倡低碳和無(wú)碳能源已成為新的熱點(diǎn)[1]。風(fēng)能資源作為一種干凈的、無(wú)污染、可再生能源，在能源結(jié)構(gòu)多元化發(fā)展中具有很大的發(fā)展?jié)摿2]。文登地處山東半島東部，海岸線長(zhǎng)達(dá)155.88 km，山地面積占19%，西部的昆崳山脈是“膠東屋脊”，風(fēng)能資源豐富。良好的資源優(yōu)勢(shì)和發(fā)展環(huán)境，吸引了眾多風(fēng)電企業(yè)的目光。自2009年起，大唐、中廣核等知名風(fēng)電企業(yè)齊聚文登。筆者利用文登市氣象局1981～2010年風(fēng)資料，統(tǒng)計(jì)分析出風(fēng)要素的變化特征，為風(fēng)力資源評(píng)估提供依據(jù)，提高風(fēng)能利用率。

1 資料與方法

利用文登市氣象觀測(cè)站1981～2010年逐月平均風(fēng)速、逐月最大風(fēng)速、年平均風(fēng)速、年最大風(fēng)速及各風(fēng)向頻率等資料，分析1981～2010年多年風(fēng)向風(fēng)速的變化幅度。采用線性平均分析法，回歸方程為y=ax+b，式中，b為常數(shù)，a為回歸系數(shù)，氣象上稱氣候傾向率，當(dāng)a為正(負(fù))時(shí)，表示氣象要素值在計(jì)算時(shí)間內(nèi)線性增加(減小)；x代表年份。

2 結(jié)果與分析

2.1 平均風(fēng)速變化特征

2.1.1年變化和年代際特征。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)(圖1)，1981～2010年文登市年平均風(fēng)速為3.4 m/s，年平均風(fēng)速最大值出現(xiàn)在 2005年，為4.4 m/s；年平均風(fēng)速最小值出現(xiàn)在2003和2004年，均為2.8 m/s。年平均變化分3個(gè)階段，1981～1991年風(fēng)速基本接近多年平均值；1992～2004年風(fēng)速偏小，均低于多年平均值；2005～2010年為風(fēng)速偏大時(shí)期，年平均風(fēng)速為3.9～4.4 m/s。由于上升的幅度大于下降的幅度，總趨勢(shì)仍為上升。

圖1 1981～2010年文登市年平均風(fēng)速變化

2.1.2季節(jié)變化。大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)具有明顯的季節(jié)性特征，而風(fēng)又直接受二者的影響。因此，有必要分析一下風(fēng)速的季節(jié)變化。從圖2可以看出，開發(fā)風(fēng)能資源的最好季節(jié)是春季(3～5月)，平均風(fēng)速為4.0 m/s，其中以4月最大，平均風(fēng)速達(dá)4.3 m/s；夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12～次年2月)平均風(fēng)速相差不大，分別為3.3、2.9、3.4 m/s，其中以9月最小，平均風(fēng)速僅為2.5 m/s 。

圖2 1981～2010年文登市月平均風(fēng)速變化

2.1.3日變化。風(fēng)速具有明顯的日變化規(guī)律，通常是午后大、午夜至清晨小。因?yàn)榻孛鎸哟髿庵酗L(fēng)速日變化主要決定于湍流變換的日變化[3]。日出以后，地面逐漸受熱，近地面空氣開始升溫，逐漸形成不穩(wěn)定大氣層結(jié)，上下層空氣的湍流交換開始加強(qiáng)，上層空氣的動(dòng)量下傳使得近地層空氣獲得動(dòng)量，風(fēng)速逐漸增大，風(fēng)速在午后達(dá)到最大。午后地面溫度逐漸下降，湍流交換逐漸減弱，風(fēng)速也不斷減小。夜間，由于地面輻射冷卻作用，近地面空氣降溫，易形成穩(wěn)定大氣層結(jié)，該層結(jié)不利于空氣動(dòng)量下傳，而地面摩擦作用使得近地面風(fēng)速減小，這樣一直持續(xù)到夜間，至清晨時(shí)風(fēng)速達(dá)到最小。從多年自記風(fēng)資料統(tǒng)計(jì)，日最大風(fēng)速多出現(xiàn)在15：00～17：00，日最小風(fēng)速多出現(xiàn)在日出前后。這種規(guī)律晴天較陰天明顯，若有較強(qiáng)天氣系統(tǒng)影響時(shí)，此規(guī)律也不明顯。

2.2 最大風(fēng)速變化特征1981～2010年文登市年平均最大風(fēng)速為17.2 m/s，年極大風(fēng)速的最大值為32.1 m/s，出現(xiàn)在3月，年極大風(fēng)速的最小值為19.6 m/s，出現(xiàn)在9月；年最大風(fēng)速的最大值為23.7 m/s，出現(xiàn)在4月，年最大風(fēng)速的最小值為15.9 m/s，出現(xiàn)在10月(圖3)。全年最大風(fēng)速呈雙峰型，1～4月冷空氣活躍，風(fēng)速呈遞增趨勢(shì)；5～6月呈下降趨勢(shì)；7～8月由于夏季對(duì)流旺盛，不穩(wěn)定天氣系統(tǒng)增多，風(fēng)速較高；9～10月風(fēng)速下降；11月由于冷暖空氣，風(fēng)速略有回升，之后逐漸下降。

圖3 1981～2010年文登市月最大風(fēng)速變化

2.3 風(fēng)向頻率變化風(fēng)向的變化主要受到天氣系統(tǒng)和地形的共同影響，據(jù)1981～2010年多年風(fēng)向資料(圖4)統(tǒng)計(jì)，文登市最多風(fēng)向?yàn)镃、NNW和S，因文登2005年遷站原因，周圍環(huán)境發(fā)生變化，自2005年后靜風(fēng)出現(xiàn)頻率減少，仍以偏北風(fēng)和南風(fēng)為主。12月～次年3月盛行NNW、NW和N風(fēng)，4～11月盛行S、SSW和SW風(fēng)。

2.4 大風(fēng)資料分析歷年大風(fēng)日數(shù)采用累年整編資料，統(tǒng)計(jì)出文登累年大風(fēng)日數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一年中，春季是大風(fēng)日數(shù)最多的季節(jié)，其中3月極為顯著，與風(fēng)速的年變化一致。一般大風(fēng)日數(shù)最多的月份與月平均風(fēng)速最大的月份是一致的[4]。春季大風(fēng)日數(shù)約占全年大風(fēng)日數(shù)的51%。1981～2010年文登市平均大風(fēng)日數(shù)為21.1 d，其中1981年出現(xiàn)大風(fēng)日數(shù)最多，為38 d；1996年出現(xiàn)大風(fēng)日數(shù)最少，為5 d。

3 結(jié)論

(1)文登多年盛行偏北風(fēng)和偏南風(fēng)(除靜風(fēng)外)，其中12月～次年3月盛行NNW、NW和N風(fēng)；4～11月盛行S、SSW和SW風(fēng)。風(fēng)速存在明顯的日變化，通常是午后大、午夜至清晨小。一年之中春季風(fēng)速最大，冬季次之，秋季最小。

圖4 1981～2010年文登市年風(fēng)向頻率玫瑰圖

(2)近30年文登市年平均風(fēng)速變化分3個(gè)階段，1981～1991年風(fēng)速基本接近多年平均值；1992～2004年風(fēng)速偏小，均低于多年平均值，2003、2004年風(fēng)速值最?。?005～2010年為風(fēng)速偏大時(shí)期，2005年風(fēng)速值達(dá)最大值。

(3)近30年文登市全年最大風(fēng)速呈雙峰型，1～4月冷空氣活躍，風(fēng)速呈遞增趨勢(shì)；5～6月呈下降趨勢(shì)；7～8月由于夏季對(duì)流旺盛，不穩(wěn)定天氣增多，風(fēng)速較高；9～10月風(fēng)速下降；11月由于冷暖空氣，風(fēng)速略有回升，之后逐漸下降。

(4)一年中，春季是大風(fēng)日數(shù)最多的季節(jié)，3月極為顯著，與風(fēng)速的年變化一致。

[1] 江澤民.對(duì)中國(guó)能源問(wèn)題的思考 [J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，42(3)：345-359.

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[4] 黃嘉佑.氣候狀態(tài)變化趨勢(shì)與突變分析 [J].氣象，1995，21(7)：46-59.

周浩亮(1982- )，男，江蘇丹陽(yáng)人，助理工程師，從事氣象服務(wù)工作。

2015-02-02

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A

0517-6611(2015)08-163-02