龍口海洋站風況特征分析

田天，高大魯，鄭克芳，于夢璇

（1.國家海洋局北海信息中心 青島市 266061；2.國家海洋局第一海洋研究所 青島市 266061）

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龍口海洋站風況特征分析

田天1，高大魯2，鄭克芳1，于夢璇1

（1.國家海洋局北海信息中心 青島市 266061；2.國家海洋局第一海洋研究所 青島市 266061）

摘 要：根據(jù)龍口海洋站觀測得到的2007年逐時10分鐘平均風速、風向資料，對平均風速風向、大風風速風向、大風日數(shù)等方面進行了分析，得出結(jié)論：龍口海洋站的風具有典型的季風性氣候特征，冬夏季主風向有180°的變化，平均風速的月際變化出現(xiàn)兩峰兩谷的趨勢；常風向為S向和NE向，強風向為偏北向；偏東風的平均風速和出現(xiàn)頻率最??；大風風力以6級為主，大風的年平均風速為13.3 m/s，出現(xiàn)大風的月最高概率為63.3%；大風年主導(dǎo)風向為NW-NE以及S，風速以偏北大風較大，偏東風最小；秋冬季節(jié)以偏北大風為主，春季偏南大風與偏北大風交替出現(xiàn)，夏季是大風最少的季節(jié)。

關(guān)鍵詞：龍口海洋站；風況；大風

風是重要的氣象要素，風力可以直接作用在海洋工程建筑物上，也可以通過作用在水面上形成的波浪、海流以及增減水對海洋工程規(guī)劃、設(shè)計產(chǎn)生重大影響。

渤海的風場具有典型的季風特征，冬、夏季的主風向幾乎有180°的變化［1］。冬季受亞洲冬季季風影響，北方冷空氣頻繁南下，全海區(qū)以NW向風為主；夏季受大陸低壓和西太平洋副熱帶高壓的影響，以S-SE向風為主，風速比冬季明顯要??；秋季和春季屬過渡季節(jié)，風向多變，風速比冬季小，比夏季大。

大風是海洋最重要的危害性天氣之一，大風如遇上天文大潮，通常形成風暴潮，引起海水倒灌，淹沒大片土地。惡劣的大風天氣給航運交通、港口建設(shè)、海上作業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及人民生命財產(chǎn)安全帶來巨大的危害。受暖溫帶大陸性季風氣候的影響，渤海一年四季均有大風天氣發(fā)生，有些學者［2-6］對黃、渤海大風的分布規(guī)律、影響系統(tǒng)、天氣過程以及預(yù)報方法進行了論述。吳曼麗等［7］對黃渤海北部沿海大風的時空變化特征進行了分析，張志華等［8］對黃渤海大風頻次氣候態(tài)特征和年際變化特征進行分析，高瑞華等［9］利用煙臺、大連等6個沿海站31年的歷史資料，對渤海海峽大風的氣候特征進行了分析，王日東等［10］對海島站與沿岸站大風進行了對比分析，更加準確地反映了渤海海峽大風的氣候特征。

本文利用龍口海洋環(huán)境監(jiān)測站（以下稱龍口海洋站）2007年逐時10 min平均風速、風向資料對平均風和6級以上大風進行了分析，為進一步歸納總結(jié)渤海海區(qū)的風況特征提供重要的參考依據(jù)。

1　　資料說明

龍口海洋站前身是“黃縣龍口海洋水文氣象站”，由山東省氣象局1959年10月建立，于1962 年10月更名為“黃縣龍口海洋水文氣象服務(wù)站”，1996年1月更名為“國家海洋局北海分局龍口海洋站”，現(xiàn)位于山東省龍口市龍港開發(fā)區(qū)，隸屬于國家海洋局北海分局，歸國家海洋局煙臺海洋環(huán)境監(jiān)測中心站直轄，測站位置見圖1。本文在進行風況分析時采用的是龍口海洋站2007年1月至12月間的逐時平均風速、風向等氣象資料，資料的觀測標準和精度均符合《GB/T14914-2006海濱觀測規(guī)范》的要求，資料的采樣頻率為3 s/次，記錄每1 min的前10 min平均風速和相應(yīng)風向，將整點前10 min的平均風速和相應(yīng)風向作為該整點的風速和相應(yīng)風向值，最大風速亦是10 min的平均風速。本文所討論的風速均為10 min的平均風速。

圖1 龍口海洋站位置示意圖

2　　結(jié)果分析

本文對龍口海洋站的風況分析結(jié)果包括了2007年平均風速及其對應(yīng)的風向，最大風風速及其對應(yīng)的風向，6級以上大風的平均風速及其對應(yīng)的風向，6級以上大風出現(xiàn)的日數(shù)及其出現(xiàn)頻率。最大風速是海洋工程規(guī)劃設(shè)計所需要的重要氣象動力因素，年內(nèi)大風出現(xiàn)的日數(shù)是計算影響海洋產(chǎn)業(yè)作業(yè)日數(shù)的依據(jù)之一。

2.1平均風速及其風向

通過對2007年龍口海洋站氣象資料的統(tǒng)計分析，對平均風速的月變化規(guī)律，各月及全年各風向上平均風速的特征，以及風向頻率的季節(jié)變化規(guī)律進行了分析和歸納總結(jié)。

2.1.1平均風速

圖2給出了2007年龍口海洋站平均風速月變化，7月份平均風速大小處于3級風風速范圍的上限5.4 m/s，其他月份的平均風速大小均處于4級風風速范圍的中下部。平均風速的變化規(guī)律基本上是1-2月和6-9月兩個波谷以及3-5月和10-12月。兩個波峰，但在兩個波峰中風速特征存在差異，4月份風速比相鄰月份的風速略有下降，11月份風速相比相鄰月份的風速增強。

圖2　　龍口海洋站2007年平均風速月變化

表1給出了龍口海洋站2007年各月及全年各方向上的平均風速值。由表1可見，2007年龍口海洋站11月份、3月份和5月份平均風速最大，為7.0 m/s，其中11月份NE向風平均風速最大，為10.0 m/s，NNE向風次大，為9.3 m/s，NW，WNW以及N向風平均風速也較大，平均風速分別為8.2 m/s、8.0 m/s和7.4 m/s。3月份N向風最大，為13.1 m/s，NNW和NNE向風較大，為9.5 m/s和8.7 m/s，NE和S向風也比較大，分別為7.5 m/s和7.2 m/s。5月份，各個方向平均風速相差相對小。7月份平均風速最小，為5.4 m/s，該月NNE向風最大，為7.0 m/s，S向風次大為6.7 m/s，WNW向風最小，平均風速為2.7 m/s。從全年來看，該海洋站年平均風速為6.4 m/s；平均風速最大的風向為NW向風，平均風速為8.1 m/s，其次為NE和NNE向風，平均風速為7.4 m/s；E向風平均風速最小，為2.8 m/s。

2.1.2平均風速對應(yīng)的風向

龍口海洋站受季風影響，風向頻率分布呈現(xiàn)顯著的季節(jié)變化。冬、夏季的主風向幾乎有180°的變化。冬季偏北風較多，夏季偏南風較多。根據(jù)2007年龍口海洋站全年的逐時風資料統(tǒng)計，全年常風向為S向，其平均風速為6.9 m/s，次常風向為NE向，其平均風速為7.4 m/s，兩個風向發(fā)生頻率之和達到36.7%。NNE向風的頻率相對較大，為7.2%，ESE向風最小，頻率只有1.5%。在4-7月份，S向風的強勢特別顯著，6月份S向風發(fā)生頻率達到35.8%；從8月份開始，偏北向風的發(fā)生頻率逐步增加。

表1　2007年各月及全年各方向上的平均風速值（單位：m/s）

表2　2007年各月及全年各方向上的最大風速值（單位：m/s）

由圖3可看出，冬季（1月份）偏北風較多，其中N向和NNE向風頻率最大，分別為13.2%和11.4%；ENE-SE各向風頻率最小，只有0.3～2.3%。春季（4月）偏南風較占優(yōu)勢，SSE-SSW 3個方向的頻率和為38.1%，其中S向風頻率達到24.7%，ESE以及W向風的頻率最少，只有1.4～1.7%。夏季（7月）東北風和偏南風較多，S向風頻率達到26.1%，NE向風頻率為20.8%。秋季（10月）偏北風增多，NW-NE 5個方向的頻率和比夏季增加10.0%，偏南風減少，SSE-SSW 3向的頻率和下降14.5%。

2.2最大風風速及其風向

由表3可知，龍口海洋站2007年3月份最大風速值最大，為25.5 m/s，為N向風，風力10級，該月NNE向風以及NNW向風最大風速值次之。6月份最大風速值最小，為13.7 m/s，為S向風，該月NE及NNE向風的最大風速值次之。除6月份，其它各月的最大風速值風力皆為7級或8級別以上。從全年來看，該海洋站2007年16個方向中N向最大風速值最大，NW-NE向最大風速值次之，均大于20.0 m/s，偏南向最大風速值較小，而偏西向和偏東向的最大風速值最小。

2.36級以上大風的風況

6級以上大風是指10min平均風速大于10.8m/s的大風，大風日是指當天只要出現(xiàn)一次以上6級以上大風便稱為大風日，大風日數(shù)是指大風日出現(xiàn)的數(shù)量，大風頻率則是由逐時風資料統(tǒng)計得出的結(jié)果。

圖3　　龍口海洋站2007年1月、4月、7月、10月及全年的風速風向玫瑰圖

2.3.16級以上大風的平均風速

經(jīng)計算，6級以上大風的全年平均風速值為13.3 m/s，由圖4可知，6級以上大風的月平均風速值多為6級，其中3月份6級以上大風平均風速值最大，為14.8 m/s，風力為7級。大風風力以6級風居多，占大風總次數(shù)的67.7%，風力越大占大風總次數(shù)的比率越小，7級風占大風總次數(shù)的25.3%，8級以上大風只占大風總次數(shù)的5.3%，10級以上大風只有3月出現(xiàn)過。從各月情況來看，6-7級大風占各月大風總次數(shù)的比例都在87%以上（除3月份外）。

圖4　　龍口海洋站2007年6級以上大風平均風速月變

2.3.26級以上大風的頻率和風向

表3　2007年各月各風向上6級以上大風頻率（單位：%）

表3給出了各月各風向上出現(xiàn)6級以上大風的頻率。由表3可見，龍口海洋站2007年所有月份均出現(xiàn)6級以上大風。從大風頻率來看，該海洋站11月、12月、4月6級以上大風頻率較高，分別為16.0%，15.7%和13.1%；6月、7月和8月6級以上大風頻率較低，分別為0.8%，3.1%和3.9%，該海域秋冬季大風時間多，夏季大風時間較少。從表3還可以看出，該海洋站大風風向主要為NW，N，NNE，NE，S，出現(xiàn)頻率分別為1.3%，1.1%，1.4%，2.7%和1.2%，大風出現(xiàn)最少的方向為E，ESE，SE，出現(xiàn)頻率為0。不同月份大風的主要風向不同，11月份大風風向主要是NE，NNE和N向，12月份大風風向主要出現(xiàn)在NW和NNW向，而4月份主要大風風向為S和NE，其他各月大風風向可詳見表3。

由圖5可看出，全年大風的主導(dǎo)風向為NE，NW-NNE以及S向，其中冬季受大陸冷高壓控制，冷空氣不斷南下，造成偏北大風，以NW，NNW向大風為主；春季冷暖空氣交換，偏北大風和偏南大風交替出現(xiàn)，S向大風4月最盛；夏季不僅是N向大風最少的季節(jié)，同時也是一年中大風最少的季節(jié)；秋季以NE，NNE向大風為主。從四季大風的風速風向玫瑰圖來看，冬季（1月）大風的主導(dǎo)風向為偏北風，NW-NNE占大風總次數(shù)的80.0%；春季（4月）S向大風開始占主導(dǎo)地位，SSE-SSW占大風總次數(shù)的52.1%，NE向大風也達到了34.0%；夏季（7月）大風的主導(dǎo)風向是NNE，占大風頻率為60.8%，時有偏南大風出現(xiàn)，頻率為12.9%；秋季（10月），偏北向大風占主導(dǎo)地位，N-NE向占大風總次數(shù)的85.8%，偏南向大風銳減至4.4%。

圖5　　龍口海洋站2007年6級以上大風的風速風向玫瑰圖

2.3.36級以上大風出現(xiàn)的日數(shù)及出現(xiàn)概率

從大風出現(xiàn)日數(shù)來看（圖6），4月份、5月份和11月份大風日數(shù)最多，分別為19 d，17 d和15 d；6月、7月和8月份大風日數(shù)較少，分別為3 d，7 d和7 d；其他各月的大風日數(shù)均在9 d以上（圖6）。從大風出現(xiàn)頻率來看，各月出現(xiàn)大風出現(xiàn)頻率平均為38.6%，即平均不到3天就出現(xiàn)一次大風，其中4月份大風出現(xiàn)頻率最多，為63.3%，即平均1.6天就出現(xiàn)大風一次。有8個月大風出現(xiàn)頻率超過30%，最少也有10%，6-8月大風出現(xiàn)頻率都小于30%，最小值出現(xiàn)在6月，只有10%。

圖6　　龍口海洋站2007年6級以上大風日數(shù)和出現(xiàn)頻率

3結(jié)語

通過利用龍口海洋站2007年全年的10 min的平均風速、風向資料，對平均風速及其對應(yīng)的風向、最大風速及其對應(yīng)風向、6級以上大風風速及其對應(yīng)風向以及6級以上大風出現(xiàn)的日數(shù)進行了統(tǒng)計分析，給出了龍口海洋站的風況基本特征，并得出如下結(jié)論：

（1）龍口海洋站的風呈現(xiàn)明顯的季節(jié)特征，冬夏季主風向有180°的變化，冬季以偏北風為主，夏季以南風為主。平均風速月際變化呈現(xiàn)兩峰兩谷的趨勢，1-2月和6-9月兩個波谷以及3-5月和10-12月兩個波峰，但在兩個波峰中風速特征存在差異，4月份風速比相鄰月份的風速略有下降，11月份風速相比相鄰月份的風速增強。

（2）龍口海洋站的常風向為S和NE，S和NE向風占全年的百分比分別為19.5%和17.2%；龍口海洋站強風向為偏北風，NW-NE6個方向的平均風速為7.2-8.1 m/s，NE和NNE向6級以上大風的出現(xiàn)頻率占全年的百分比分別為2.7%和1.4%。

（3）龍口海洋站E、ESE和SE向的平均風速與其他各向相比最小，其平均風速值僅為2.8～3.3 m/s；出現(xiàn)的頻率與其它各向相比也最少，E，ESE，SE 3個風向合計，占全年的百分比僅為5.0%；6級以上大風的出現(xiàn)率為0。

（4）龍口海洋站大風的風力以6級為主，6級以上大風的年平均風速為13.3 m/s；出現(xiàn)6級以上大風的日數(shù)，春秋季較多，夏季最少；出現(xiàn)6級以上大風的月最高概率為63.3%，即平均1.6天就出現(xiàn)一次。

（5）大風年主導(dǎo)風向為NW-NE以及S，風速以偏北大風較大，偏東風最?。?-5月和10-12月是大風出現(xiàn)頻率最高的時段，同時大風風速也相對大，而6-8月兩者都相對低；秋冬季節(jié)以偏北大風為主，春季偏南大風與偏北大風交替出現(xiàn)，夏季是大風最少的季節(jié)。

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收稿日期：2016-02-21

基金項目：山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室開放基金 （201406）；國家海洋局北海分局海洋科技項目 （2016B10）。