華東地區(qū)風(fēng)速趨勢(shì)變化特征及其原因分析

盧 曄，何豫秦，龐 翻，楊 瓊，韓 潔(.陜西省寶雞市氣象局，陜西寶雞7006;.陜西省漢中市氣象局，陜西漢中73000)

在全球變暖過程中，地球兩極的增暖速度比其他地區(qū)快，這意味著兩極和赤道的溫差不斷縮小，由此導(dǎo)致兩地大氣壓力差減小，風(fēng)速自然也變小了。Jiang等研究指出近50年來除西藏高原及其東部和東南部地區(qū)年平均風(fēng)速不存在顯著線性變化趨勢(shì)外，我國大部分地區(qū)年平均風(fēng)速呈明顯的減小趨勢(shì)，冬季是我國平均風(fēng)速減小最顯著的季節(jié)［1］。城市化發(fā)展、測(cè)站遷址及測(cè)風(fēng)儀器的變更均對(duì)我國年平均風(fēng)速的長期變化產(chǎn)生一定影響，但都不是近50年來我國年平均風(fēng)速呈顯著減小趨勢(shì)的主要原因，大氣環(huán)流的變化才是造成我國年平均風(fēng)速呈顯著減小趨勢(shì)的最可能原因，即在全球和亞洲變暖的背景下，西伯利亞高壓減弱、海陸溫差和氣壓差減小，亞洲緯向環(huán)流加強(qiáng)、經(jīng)向環(huán)流指數(shù)減弱，亞洲冬季風(fēng)和夏季風(fēng)減弱導(dǎo)致我國平均風(fēng)速減?。?］。而人類活動(dòng)在全球變暖以及上述事實(shí)中的作用，有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

作為我國一大平原地帶的華東地區(qū)是全國人口最密集的地區(qū)，對(duì)能源的需求量也是最大的。另外，我國華東地區(qū)東部是沿海地區(qū)，特殊的地理位置使其風(fēng)能資源不僅受海陸影響，冬季風(fēng)、夏季風(fēng)均可以影響到此地，同時(shí)華東地區(qū)最南端是夏季風(fēng)的影響地，也是每年臺(tái)風(fēng)登陸最多的地區(qū)，這些特殊的背景均對(duì)華東地區(qū)的風(fēng)速有很大的貢獻(xiàn)。所以對(duì)我國華東地區(qū)的風(fēng)速和風(fēng)能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究就顯得相當(dāng)必要。筆者在此利用我國華東地區(qū)1961～2010年84個(gè)氣象觀測(cè)基準(zhǔn)站和基本站的逐日風(fēng)速資料以及NCEP/NCAR再分析風(fēng)場資料，統(tǒng)計(jì)分析了近50年華東地區(qū)風(fēng)速的趨勢(shì)變化特征，并研究了我國華東地區(qū)風(fēng)速與大氣環(huán)流的聯(lián)系。

1 資料與方法

文中我國華東地區(qū)包括山東省、安徽省、江蘇省、江西省、浙江省及上海市，南北跨度14個(gè)緯度，東西跨度9個(gè)經(jīng)度，選取該區(qū)域的基本站和基準(zhǔn)站作為研究對(duì)象。共計(jì)84個(gè)站點(diǎn)1961～2010年的逐日10 m高度平均風(fēng)速的站點(diǎn)資料，以及NCEP/NCAR提供的高空格點(diǎn)再分析風(fēng)場資料，分辨率為2.5°×2.5°。季節(jié)劃分為冬季(前一年12月～當(dāng)年2月)、春季(3～5月)、夏季(6～8月)和秋季(9～11月)，其中1961年冬季平均按照1、2月平均計(jì)算。主要利用一元線性回歸的線性趨勢(shì)、經(jīng)驗(yàn)正交分解(EOF)分析方法對(duì)華東地區(qū)1961～2010年84站風(fēng)速資料進(jìn)行分析。

2 華東地區(qū)風(fēng)速趨勢(shì)分析

2.1 冬季 由華東地區(qū)冬季風(fēng)速的氣候傾向率分布(圖1)可見，近50年冬季風(fēng)速均是呈減小趨勢(shì)的，其中泰山、黃山、廬山、武夷山減小最明顯，氣候傾向率達(dá)－0.06 m/(s·a)，沿海地區(qū)氣候傾向率在 －0.03～ －0.02 m/(s·a);整個(gè)華東地區(qū)風(fēng)速的減小趨勢(shì)由沿海向內(nèi)陸遞減。

對(duì)華東地區(qū)冬季風(fēng)速應(yīng)用EOF分析方法分析得出冬季風(fēng)速的空間分布特征和對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第1、第2、第3載荷向量對(duì)總方差的貢獻(xiàn)分別為42.23%、10.04%、8.57%，根據(jù) North 準(zhǔn)則［3］，可以得到第 1、第 2、第 3 載荷向量所對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)是有價(jià)值的信號(hào)，對(duì)華東地區(qū)風(fēng)速的特征有較大的貢獻(xiàn)。第1模態(tài)空間分布表現(xiàn)為華東地區(qū)風(fēng)速變化的一致型，沿海地區(qū)以及高山地區(qū)變化比其他地區(qū)大;時(shí)間序列表現(xiàn)為顯著的線性減小趨勢(shì)，說明近50年華東地區(qū)冬季風(fēng)速整體呈減小趨勢(shì)。第2模態(tài)空間分布表現(xiàn)為南北分布型;時(shí)間序列表現(xiàn)為明顯的年代際變化特征，1961～1972和1993～2004年對(duì)應(yīng)空間分布負(fù)值區(qū)為風(fēng)速減小時(shí)段，1972～1993和2004～2010年為風(fēng)速增大時(shí)段，在正值區(qū)則相反。第3模態(tài)空間分布表現(xiàn)為由南至北“正負(fù)正負(fù)”型，2個(gè)正中心分別位于福建東南部和江蘇，2個(gè)負(fù)中心分別位于江西東部和山東北部;時(shí)間序列表現(xiàn)為明顯的年代際變化特征，1961～1975和1999～2010年對(duì)應(yīng)空間分布正值區(qū)為風(fēng)速增大時(shí)段，1975～1999年為減小時(shí)段，在負(fù)值區(qū)則相反。

2.2 夏季 從華東地區(qū)夏季風(fēng)速的氣候傾向率分布(圖2)可看出，大部分區(qū)域夏季風(fēng)速在近50年均是呈減小趨勢(shì)的，僅在江西省、福建省、浙江省三省交界處的小部分地區(qū)呈增加趨勢(shì)。

對(duì)華東地區(qū)夏季風(fēng)速應(yīng)用EOF分析方法分析得出夏季風(fēng)速的空間分布特征和對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列，發(fā)現(xiàn)第1、第2、第3載荷向量對(duì)總方差的貢獻(xiàn)分別為 27.77%、19.26%、11.46%，根據(jù) North 準(zhǔn)則［3］，可以得到第 1、第2、第 3 載荷向量所對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)是有價(jià)值的信號(hào)，對(duì)華東地區(qū)風(fēng)速的特征有較大的貢獻(xiàn)。第1模態(tài)空間分布表現(xiàn)為由南至北方向的“負(fù)正負(fù)”型，2個(gè)負(fù)中心位于山東中部、浙江福建兩省交界區(qū)域;時(shí)間序列表現(xiàn)為顯著的線性減小趨勢(shì)和年代際變化特征，1961～1998年對(duì)應(yīng)空間分布正值區(qū)為風(fēng)速減小時(shí)段，1998～2010年為風(fēng)速增大時(shí)段，在負(fù)值區(qū)則相反。第2模態(tài)空間分布表現(xiàn)為西南至東北方向的“正負(fù)正”型，2個(gè)正中心分別位于江西省中部和江蘇省西南部，負(fù)中心位于山東北部和福建中部;時(shí)間序列表現(xiàn)為顯著的線性減小趨勢(shì)和年代際變化特征，1961～1986年對(duì)應(yīng)空間分布正值區(qū)為風(fēng)速增大時(shí)段，1986～2010年為風(fēng)速減小時(shí)段，負(fù)值區(qū)則相反。第3模態(tài)空間分布表現(xiàn)為西南至東北方向的“正負(fù)”型，正中心位于江西東部，負(fù)中心位于安徽西部;時(shí)間序列表現(xiàn)為顯著年代際變化特征，1961～1973和1993～2004年對(duì)應(yīng)空間分布正值區(qū)為風(fēng)速減小時(shí)段，1973～1993和2004～2010年為風(fēng)速增大時(shí)段，在負(fù)值區(qū)則相反。

3 華東地區(qū)風(fēng)速與大氣環(huán)流的聯(lián)系

3.1 冬季 由圖3可見，1 000 hPa風(fēng)速整體呈減小趨勢(shì)，且沿海地區(qū)的減小趨勢(shì)大于內(nèi)陸，并由沿海向內(nèi)陸遞減;850 hPa，風(fēng)速整體呈減小趨勢(shì)，29°N處存在一個(gè)零線，并由此零線向南北2個(gè)方向遞增;500 hPa，29°N以南地區(qū)的風(fēng)速呈增大趨勢(shì)，以北地區(qū)的風(fēng)速呈減小趨勢(shì)。對(duì)比圖1可以看出，華東地區(qū)冬季風(fēng)速與大氣環(huán)流中的經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)呈一致性。

為了研究華東地區(qū)風(fēng)速與大氣環(huán)流的聯(lián)系，將風(fēng)速經(jīng)驗(yàn)正交(EOF)分解的第1、第2和第3時(shí)間序列分別與同期1 000、850、500 hPa的緯向風(fēng)場和經(jīng)向風(fēng)場做相關(guān)。由圖4～6可見，第1時(shí)間序列與同期冬季不同層次的經(jīng)向風(fēng)場呈顯著相關(guān)，風(fēng)速與華東地區(qū)大半個(gè)東部區(qū)域1 000 hPa的經(jīng)向風(fēng)場呈顯著正相關(guān)，風(fēng)速與江蘇、浙江兩省東部大部分地區(qū)的850 hPa經(jīng)向風(fēng)場呈顯著正相關(guān);第2時(shí)間序列與同期冬季不同層次的緯向風(fēng)場呈顯著相關(guān)，風(fēng)速與山東、安徽、江蘇交界區(qū)域的冬季850 hPa緯向風(fēng)場呈顯著正相關(guān)，與江西、福建以及浙江南部地區(qū)的冬季500 hPa緯向風(fēng)場呈顯著正相關(guān);第3時(shí)間序列與同期冬季不同層次的經(jīng)向風(fēng)場呈顯著相關(guān)，風(fēng)速與福建的冬季1 000 hPa經(jīng)向風(fēng)場呈顯著正相關(guān)，風(fēng)速與福建、江蘇的冬季850 hPa經(jīng)向風(fēng)場呈顯著正相關(guān)。由此可見，主要是第1、第2時(shí)間序列與華東地區(qū)冬季不同層次的緯向風(fēng)場和經(jīng)向風(fēng)場有顯著相關(guān)，且相關(guān)主要表現(xiàn)在1 000和850 hPa。總體來說，華東地區(qū)冬季風(fēng)速的一致減小型主要與沿海地區(qū)的經(jīng)向風(fēng)有關(guān)，且1 000 hPa的相關(guān)較850 hPa更為顯著;南北分布型主要與華東地區(qū)南端沿海地區(qū)的緯向風(fēng)有關(guān);正負(fù)正負(fù)型主要與華東地區(qū)東南端沿海地區(qū)經(jīng)向風(fēng)有關(guān)。

3.2 夏季 由圖7可見，1 000 hPa華東地區(qū)風(fēng)速整體呈減小趨勢(shì)，由東南向西北方向遞減;850 hPa，華東地區(qū)風(fēng)速整體呈減小趨勢(shì)，且由東南向西北方向遞增;500 hPa，山東省、安徽省和江蘇省西北大部分地區(qū)的風(fēng)速呈減小趨勢(shì)，并向西北方向遞增，而福建省、浙江省以及江蘇省東南小部分地區(qū)的風(fēng)速氣候傾向率基本無變化，僅上海市及附近小部分區(qū)域的風(fēng)速呈增大趨勢(shì)。對(duì)比圖2可以看出，華東地區(qū)夏季風(fēng)速與大氣環(huán)流的經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)呈一致性。

從圖8可看出，第1時(shí)間序列與同期夏季500 hPa經(jīng)向風(fēng)呈正相關(guān)，主要表現(xiàn)在山東半島東部小部分區(qū)域;第3時(shí)間序列與同期夏季1 000 hPa經(jīng)向風(fēng)呈顯著正相關(guān)，主要表現(xiàn)在安徽和江西大部分地區(qū)。可見主要是第3時(shí)間序列與夏季平均風(fēng)速有顯著相關(guān)，且相關(guān)主要表現(xiàn)在1 000 hPa經(jīng)向風(fēng)場。總體來說，華東地區(qū)夏季風(fēng)速的負(fù)正負(fù)型和正負(fù)型主要與經(jīng)向風(fēng)有關(guān)。

4 結(jié)論

(1)華東地區(qū)風(fēng)速整體呈減小趨勢(shì)，沿海地區(qū)和高山地區(qū)比中部平原地區(qū)變化幅度大，冬季比夏季減小趨勢(shì)明顯。且冬夏兩季風(fēng)速與大氣環(huán)流的經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)呈一致性。

(2)華東地區(qū)冬季風(fēng)速的一致減小型主要與沿海地區(qū)的經(jīng)向風(fēng)有關(guān)，且1 000 hPa的相關(guān)較850 hPa更為顯著;南北分布型主要與華東地區(qū)南端沿海地區(qū)的緯向風(fēng)有關(guān);正負(fù)正負(fù)型主要與華東地區(qū)東南端沿海地區(qū)的經(jīng)向風(fēng)有關(guān)。夏季風(fēng)速的負(fù)正負(fù)型和正負(fù)型主要與經(jīng)向風(fēng)有關(guān)。

［1］JIANG Y，LUO Y，ZHAO Z C，et al.Changes in wind speed over China during 1956 －2004［J］.Theor Appl Climatol，2010，99(5):421 －430.

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