1981—2014年南四湖區(qū)域大風(fēng)天氣特征分析

蔡鵬 董倩 張翠翠

摘要 選取南四湖周圍16個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站1981—2014年和62個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站近2007—2014年的逐日風(fēng)資料，從時(shí)間變化和空間分布2個(gè)方面系統(tǒng)分析了大風(fēng)日數(shù)、風(fēng)向、風(fēng)速等氣候變化特征，將2007—2014年國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站與湖東、湖西區(qū)域自動(dòng)氣象站大風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：近34年，南四湖區(qū)域年平均大風(fēng)日數(shù)為24.4 d，且呈極顯著減少的趨勢(shì)，平均每10年減少11.8 d，減少趨勢(shì)表現(xiàn)為劇烈和平緩2個(gè)階段；湖區(qū)大風(fēng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠毕?，其中頻率最高為北西北，最小為東南。四季中，大風(fēng)天氣以春季最多；一年12個(gè)月均有可能出現(xiàn)大風(fēng)天氣，大風(fēng)主要出現(xiàn)在3—7月，以3月最多，9月最少，3月最多風(fēng)向頻率為北西北。南四湖區(qū)域大風(fēng)天氣受地形影響非常顯著，湖區(qū)東部較西部更容易發(fā)生大風(fēng)天氣，大風(fēng)天氣的小范圍、局地性越來(lái)越顯著。

關(guān)鍵詞 大風(fēng)日數(shù)；氣候特征；南四湖；1981—2014年

中圖分類號(hào) P425 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）09-0223-02

在世界上，中國(guó)的自然災(zāi)害從種類、頻次和損失3個(gè)方面都極為突出[1]，而在所有自然災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失中，氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失最為嚴(yán)重，占71%左右，有效防御氣象災(zāi)害已經(jīng)成為全社會(huì)共同面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)和挑戰(zhàn)[2-3]。

在中國(guó)北方，大風(fēng)是主要災(zāi)害性天氣之一，它的危害性強(qiáng)、發(fā)生率頻繁；長(zhǎng)期以來(lái)，大風(fēng)也一直是人們研究的熱點(diǎn)[4]。大風(fēng)曾給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成極大的影響，對(duì)湖區(qū)的危害也較為顯著，使湖區(qū)運(yùn)輸業(yè)、漁業(yè)、旅游和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展受到一定的限制[5-7]。南四湖因其特殊的地形，大風(fēng)天氣容易發(fā)生，危害程度大，人們也給予了高度的關(guān)注[8-10]。南四湖是中國(guó)第六大淡水湖泊、山東第一大湖、京杭大運(yùn)河的必經(jīng)之道、南水北調(diào)工程的重要通道。因此，深入研究南四湖區(qū)域大風(fēng)天氣特征、提高預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確率和時(shí)效、完善預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，對(duì)加快南四湖旅游業(yè)、漁業(yè)和運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，保障湖區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

選取南四湖區(qū)域16個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站（魚臺(tái)、梁山、汶上、濟(jì)寧、兗州、金鄉(xiāng)、曲阜、鄒城、泗水、嘉祥、微山、滕州、薛城、棗莊、嶧城和沛縣）1981—2014年，以及沿湖62個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站2007—2014年逐日10 min最大風(fēng)速風(fēng)向、極大風(fēng)速風(fēng)向資料。為與《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[11]中的規(guī)定保持一致，日界統(tǒng)一定為20：00至次日20：00（北京時(shí)間，下同），大風(fēng)日為瞬間風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)17 m/s（或目測(cè)估計(jì)風(fēng)力達(dá)到或超過(guò)8級(jí)）的風(fēng)，記為大風(fēng)；若某日中有大風(fēng)出現(xiàn)，一般稱該日為大風(fēng)日；一日中有多次大風(fēng)記為一個(gè)大風(fēng)日。對(duì)于區(qū)域來(lái)說(shuō)，大風(fēng)日數(shù)的統(tǒng)計(jì)方法為區(qū)域中某個(gè)站出現(xiàn)，就視為區(qū)域出現(xiàn)，分別統(tǒng)計(jì)南四湖周邊近34年來(lái)16個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站和近8年來(lái)62個(gè)區(qū)域自動(dòng)站的年平均大風(fēng)日數(shù)。

1.2 研究方法

分析南四湖區(qū)域內(nèi)大風(fēng)氣候特征。從時(shí)間分布上分析：用線性傾向估計(jì)法[12]統(tǒng)計(jì)近34年南四湖區(qū)域大風(fēng)日數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)，分年、年際、季和月進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)大風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行分析，用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法（M-K檢驗(yàn)）對(duì)年大風(fēng)日數(shù)突變情況進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)氣候傾向率進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，給定顯著性水平α，若|r|>rα，表明變化趨勢(shì)是顯著的，否則變化趨勢(shì)不顯著。按上年12月至次年2月為冬季、3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季劃分四季。從空間分布上分析：對(duì)選取的16個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站大風(fēng)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)同時(shí)間序列的16個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站與62個(gè)區(qū)域氣象觀測(cè)站大風(fēng)記錄進(jìn)行比較分析，挑取具有代表性的國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站進(jìn)行分區(qū)，統(tǒng)計(jì)湖東、湖西大風(fēng)氣候特征，找出南四湖區(qū)域不同地理位置大風(fēng)分布特征及原因。以上分析均包括大風(fēng)日數(shù)、風(fēng)速和風(fēng)向，計(jì)算風(fēng)向頻率，繪制風(fēng)玫瑰圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 大風(fēng)年變化特征

由圖1可知，近34年來(lái)南四湖區(qū)域年平均大風(fēng)日數(shù)為24.4 d，并呈減少趨勢(shì)，平均每10年減少11.8 d，信度超過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明減少趨勢(shì)極顯著。從曲線變化上看，峰值出現(xiàn)在1981年，為55 d，最低值出現(xiàn)在2003年和2013年，均為9 d；20世紀(jì)80—90年代中期大風(fēng)日數(shù)曲線振蕩劇烈，90年代至今曲線變化趨勢(shì)較為平緩，2005年、2010年有2年小輻上升的波動(dòng)，說(shuō)明南四湖區(qū)域年大風(fēng)日數(shù)減少趨勢(shì)分為2個(gè)顯著特點(diǎn)，即減少劇烈期和平緩期。

分析大風(fēng)風(fēng)向特征（圖2），南四湖區(qū)域大風(fēng)風(fēng)向16個(gè)方位均有出現(xiàn)，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠保渲蓄l率最高為北西北，占22%，頻率最小為東南，占1%。對(duì)近34年大風(fēng)日數(shù)變化進(jìn)行Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，根據(jù)圖中UF曲線變化可知，自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，南四湖區(qū)域年大風(fēng)日數(shù)出現(xiàn)明顯減少趨勢(shì)。1989年至今，這種減少趨勢(shì)都超過(guò)了顯著性水平α=0.05，90年代以來(lái)，這種減少趨勢(shì)超過(guò)了α=0.001的顯著性水平，說(shuō)明南四湖區(qū)域大風(fēng)日數(shù)的減少趨勢(shì)十分顯著。

從空間分布上看，年平均大風(fēng)日數(shù)最多出現(xiàn)在濟(jì)寧國(guó)家氣象觀測(cè)站，為246 d（表1），占南四湖區(qū)域總大風(fēng)日數(shù)的11.1%，其次為棗莊站為214 d，占9.7%，年大風(fēng)日數(shù)最少出現(xiàn)在沛縣，為35 d，占1.6%，各站大風(fēng)日數(shù)年平均值都在1 d以上，最多為7.2 d，說(shuō)明南四湖區(qū)域每年均有站次出現(xiàn)大風(fēng)的可能；最大風(fēng)速年極值為27.5 m/s，風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)（魚臺(tái)李閣區(qū)域氣象觀測(cè)站記錄），出現(xiàn)在2006年4月28日；極大風(fēng)速年極值為32.7 m/s、風(fēng)向?yàn)楸蔽鞅保ㄎ⑸絿?guó)家氣象觀測(cè)站記錄），出現(xiàn)在2007年7月11日；以南四湖為中心，在湖西、湖東取同等數(shù)量、緯度和與湖面距離基本一致的站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)其大風(fēng)特征，近34年湖西（金鄉(xiāng)、魚臺(tái)、沛縣）年平均大風(fēng)日數(shù)為266 d，占南四湖區(qū)域年平均大風(fēng)日數(shù)的12%，湖東（滕州、微山、嶧城）年平均大風(fēng)日數(shù)為481 d，占南四湖區(qū)域年平均大風(fēng)日數(shù)的22%，說(shuō)明湖區(qū)東部年平均大風(fēng)日數(shù)多于湖區(qū)西部。究其原因，南四湖區(qū)域西北—東南走向的狹管地形作用、湖區(qū)東部海拔較高，地勢(shì)的阻擋則是湖東大風(fēng)多于湖西的主要原因。湖西地區(qū)大風(fēng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸蔽鞅?、北、北東北，頻率分別為25%、19%、22%，湖東地區(qū)大風(fēng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅?、北西北，頻率分別為14%、28%。

比較2007—2014年南四湖區(qū)域國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站和區(qū)域自動(dòng)氣象站大風(fēng)日數(shù)，國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站為76 d，占大風(fēng)日數(shù)的50.6%；區(qū)域自動(dòng)氣象站出現(xiàn)74 d，占49.3%，其中，有44 d區(qū)域自動(dòng)氣象站出現(xiàn)大風(fēng)記錄而國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站未出現(xiàn)，有30 d區(qū)域自動(dòng)氣象站和國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站在同一天均出現(xiàn)大風(fēng)天氣記錄，說(shuō)明大風(fēng)天氣的小范圍、局地性越來(lái)越顯著，因此加密站點(diǎn)觀測(cè)大風(fēng)天氣是非常必要的，能夠更好地監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)小尺度、局地性大風(fēng)天氣系統(tǒng)的出現(xiàn)，可大大減少漏報(bào)率。

2.2 大風(fēng)季節(jié)變化和月變化特征

統(tǒng)計(jì)近34年南四湖區(qū)域風(fēng)資料，大風(fēng)主要出現(xiàn)在3—7月，占全年大風(fēng)天氣的65.1%。四季中，春季最多，占大風(fēng)總天數(shù)的40.7%，大風(fēng)天氣在一年12個(gè)月中均有可能出現(xiàn)（圖3），其中3月最多，為127 d，占大風(fēng)總天數(shù)的15.3%；9月大風(fēng)天氣出現(xiàn)最少，為20 d，占大風(fēng)總天數(shù)的2.4%。分析風(fēng)向特征（圖4），四季中大風(fēng)主要以偏北方向?yàn)橹?，偏南大風(fēng)在夏季相對(duì)較多。3月以北西北向最多，頻率為25%。

3 結(jié)論與討論

（1）1981—2014年近34年，南四湖區(qū)域年平均大風(fēng)日數(shù)為24.4 d，年平均大風(fēng)日數(shù)變化呈極顯著減少的趨勢(shì)，平均每10年減少11.8 d，減少趨勢(shì)表現(xiàn)為劇烈和平緩2個(gè)階段，減少過(guò)程沒(méi)有發(fā)生突變現(xiàn)象；湖區(qū)大風(fēng)風(fēng)向16個(gè)方位均有可能出現(xiàn)，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠?，其中頻率最高為北西北向，占22%，頻率最小為東南，占1%。春季大風(fēng)天氣最多，一年12個(gè)月中均有可能出現(xiàn)大風(fēng)天氣，大風(fēng)主要出現(xiàn)在3—7月，占全年大風(fēng)天氣的65.1%；以3月最多，9月最少，3月最多，風(fēng)向頻率為北西北。

（2）從空間分布上看，濟(jì)寧站國(guó)家級(jí)氣象站年平均大風(fēng)日數(shù)最多（246 d），占南四湖區(qū)域年平均大風(fēng)日數(shù)的11.1%，年平均大風(fēng)日數(shù)最少出現(xiàn)在江蘇沛縣（35 d），占1.6%，南四湖區(qū)域每年均有站次出現(xiàn)大風(fēng)的可能。南四湖區(qū)域大風(fēng)受地形影響非常顯著，湖區(qū)東部較西部更容易發(fā)生大風(fēng)天氣，湖東大風(fēng)以偏西北方向?yàn)橹?，湖西大風(fēng)以偏北方向?yàn)橹鳌?/p>

（3）南四湖區(qū)域大風(fēng)天氣的小范圍、局地性越來(lái)越顯著，因此加密站點(diǎn)觀測(cè)大風(fēng)天氣是非常必要的，能夠更好地監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)小尺度、局地性大風(fēng)天氣系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大減少漏報(bào)率。

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