東營港海洋站風要素特征分析

李銀忠，曲玉環(huán)，吳 鑫，劉 沛，許桂中，杜 輝

（東營市海洋與漁業(yè)局，山東東營 257091）

東營港海洋站風要素特征分析

李銀忠，曲玉環(huán)，吳 鑫，劉 沛，許桂中，杜 輝

（東營市海洋與漁業(yè)局，山東東營 257091）

根據(jù)東營港海洋站2011年1月—2015年12月間每10 min的實測風速、風向資料，對平均風速風向、極大風和7級以上大風天數(shù)等風要素進行了特征分析。結果表明：東營港海洋站的風具有明顯的季節(jié)特征和年際變化，平均風速月際變化呈“兩峰兩谷”型，在偏北風向上，平均風速最大并且月際變化最顯著，在偏南風向上，平均風速最小并且月際變化最不明顯；全年盛行偏南向風和偏北向風，春夏季盛行偏南向風，秋季以偏南向風為主偏北向風為輔，冬季則以偏北向風為主偏南向風為輔；偏北風向上最易出現(xiàn)極大風，偏南風向出現(xiàn)極大風的頻率最低；出現(xiàn)7級以上大風的天數(shù)每年總體上呈增長趨勢，秋季最多，春季最少。

東營港海洋站；平均風速；風向；極大風

1 引言

東營港位于渤海灣西南海岸、山東省東營市東北部、黃河入?？谝员?0 km處，地處東北經濟區(qū)與中原經濟區(qū)、黃河經濟帶與渤海經濟區(qū)的交匯區(qū)域，是山東半島與京津塘地區(qū)交通通道的中心控制點。東營港是國家一類開放口岸，位于渤海灣和萊州灣交界處，距天津港90 n mile，距龍口港72 n mile，距大連港122 n mile，與河北曹妃甸、秦皇島港隔海相望，是環(huán)渤海從龍口至黃驊1 000 km海岸線上的地區(qū)性重要港口，在渤海灣西南岸及山東省港口布局中占據(jù)重要位置。而海上風是重要的氣象要素，風力可以直接作用在海上橋梁、碼頭、油氣開采平臺等海洋工程建筑物上，也可以通過作用在水面上形成海流、災害性海浪及風暴增減水對海洋工程規(guī)劃、設計產生重大的安全影響。

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?。磺锛竞痛杭緦龠^渡季節(jié)，風向多變，風速比冬季小，比夏季大。

海上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、海上作業(yè)、水產養(yǎng)殖以及人民生命財產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，有很多學者[2-10]對黃、渤海大風的分布規(guī)律、影響系統(tǒng)、天氣過程以及預報方法進行了論述。

本文利用東營港海洋環(huán)境監(jiān)測站（以下簡稱東營港海洋站）2011—2015年間，每10 min的風速、風向資料對平均風、極大風和出現(xiàn)7級以上大風的天數(shù)進行了特征統(tǒng)計分析，為該地區(qū)合理利用風資源、減輕風災和進一步歸納總結渤海海區(qū)的風要素特征和提供重要的參考依據(jù)。

圖1 東營港海洋站位置示意圖

2 數(shù)據(jù)說明

東營港海洋站由東營市海洋與漁業(yè)局2008年建立，屬于無人值守自動監(jiān)測站，于2009年底投入業(yè)務化運行，監(jiān)測項目涵蓋風速、風向、氣溫、相對濕度、氣壓、降水、潮位、表層水溫、表層鹽度、波浪等十項水文氣象要素，測站位置如圖1所示。該站的建立彌補了渤海灣到萊州灣岸段海洋站點資料的空白，2011年被正式納入國家海洋觀測網絡體系。

本文在進行風要素特征分析時采用的是東營港海洋站2011年1月—2015年12月間每10 min的實測風速、風向資料（T053報文數(shù)據(jù)），資料的觀測標準和精度均符合《GB/T 14914—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平均風速和相應風向。極大風統(tǒng)計分析是從T051報文中找出當月極大風的風速和風向。7級以上大風的天數(shù)統(tǒng)計是從T051報文中找出當日最大風速大于17.1 m/s的出現(xiàn)次數(shù)。本文中冬季是指12月、1月和2月，春季指3月、4月和5月，夏季指6月、7月和8月，秋季指9月、10月和11月，全年指2011—2015年的5 a平均狀態(tài)。偏北向風指NW-NNW-N-NNE-NE，偏南向風指SE-SSE-S-SSW-SW。

3 結果分析

通過對2011—2015年東營港海洋站風要素資料的統(tǒng)計分析，對平均風速月際變化和年際變化，各月、各季節(jié)和全年各風向上平均風速的特征，以及風向頻率的月、季節(jié)變化規(guī)律進行了分析和總結。

3.1 平均風速

圖2給出了東營港海洋站2011—2015年5 a平均狀態(tài)及5個年度每月平均風速的變化，5 a平均狀態(tài)下平均風速月際變化呈“兩峰兩谷”型，第一波峰出現(xiàn)在11月，平均風速為6.3 m/s，第二波峰出現(xiàn)在4月，平均風速為5.9 m/s，第一波谷出現(xiàn)在8月，平均風速為4.2 m/s，第二波谷出現(xiàn)在2月，平均風速為5.3 m/s，兩個波峰及相鄰兩月的風力均為4級，其他月份的風力均為3級。2012年11月和2014年12月平均風速最大，為7.0 m/s，2015年8月平均風速最小，為3.7 m/s。利用5個年度每月中最大的平均風速與最小的平均風速的差值作為平均風速的年際變化因子，以表征月平均風速的年際變化情況，其中1月最小，為0.4 m/s，9月次之為0.5 m/s，5月最大，為2.1 m/s，4月次之為1.7 m/s。2012年和2014年較5a平均狀態(tài)波動最為明顯，而且兩個年度平均風速變化曲線呈正反型。

圖2 東營港平均風速變化圖

圖3 東營港海洋站2011—2015年風速風向玫瑰圖（風向頻率/%平均風速（/m/s））

圖4 東營港平均風速變化圖

圖3給出了東營港海洋站2011—2015年5 a平均狀態(tài)下全年和4個季度各個風向上平均風速的分布情況，全年平均風速為5.6 m/s，以NW風向上的平均風速最大，為8.0 m/s（風力5級），NE風向上次之，為7.6 m/s，以S風向上的平均風速最小，為2.5 m/s（風力2級），SSW風向上次之，為4.1 m/s，偏北向風的平均風速為6.3～8.0 m/s，偏南向風的平均風速為2.5～5.3 m/s；春季平均風速為5.8 m/s，以NE風向上的平均風速最大，為8.0 m/s，以S風向上的平均風速最小，為2.7 m/s；夏季平均風速為4.5 m/s，以NE和SE風向上的平均風速最大，為5.3 m/s（風力3級），以S風向上的平均風速最小，為2.5 m/s，除S風向外各風向上的平均風速差異較??；秋季平均風速為5.9 m/s，以NE風向上的平均風速最大，為9.1 m/s，以S風向上的平均風速最小，為2.7 m/s；冬季平均風速為5.6m/s，以NW風向上的平均風速最大，為9.4 m/s，以S風向上的平均風速最小，為2.1 m/s。

圖4a給出了2011—2015年5 a平均狀態(tài)下每月各個風向上的平均風速變化，以NW風向上的平均風速月際變化最大，為4.3～11.1 m/s（風力3～6級），12月、11月、10月和1月4個月份出現(xiàn)了5～6級的平均風速；以NE風向次之，為5.0～11.3 m/s，11月、10月、3月、12月和4月5個月份出現(xiàn)了5～6級的平均風速；以S風向上的平均風速月際變化最小，僅為1.9～2.8 m/s（風力2級）。圖4b給出了2011—2015年5 a平均狀態(tài)下8個主要風向上的平均風速月際變化狀況。其中N和NE向上的平均風速月際變化呈“兩峰一谷”型，N向第一波峰出現(xiàn)在12月，第二波峰出現(xiàn)在2月，NE向第一波峰出現(xiàn)在11月，第二波峰出現(xiàn)在3月，波谷均出現(xiàn)在7月；NW向上的平均風速月際變化呈“兩峰兩谷”型，第一波峰出現(xiàn)在12月，第二波峰出現(xiàn)在5月，第一波谷出現(xiàn)在7月，第二波谷出現(xiàn)在3月；SE、S、SW和W向上的平均風速月際變化呈“三峰兩谷”型，而E向上平均風速月際變化則呈“三峰三谷”型。

3.2 風向

東營港海洋站2011—2015年5 a平均狀態(tài)下全年以S風向為主，出現(xiàn)頻率為10.5%，NE風向次之，出現(xiàn)頻率為10.3%，以NNW風向出現(xiàn)頻率最低，僅為3.8%，WNW風向次之，為3.9%，偏北風向出現(xiàn)的頻率為28.1%，偏南風向出現(xiàn)的頻率為38.9%（見圖3a）；春季以S風向為主，出現(xiàn)頻率為14.1%，NE風向次之，出現(xiàn)頻率為10.3%，以NNW風向出現(xiàn)頻率最低，僅為2.3%，N風向次之，為2.9%，偏北風向出現(xiàn)的頻率為22.4%，偏南風向出現(xiàn)的頻率為45.6%（見圖3b）；夏季以S風向為主，出現(xiàn)頻率為11.1%，SSE風向次之，出現(xiàn)頻率為10.3%，以NNW風向出現(xiàn)頻率最低，僅為2.2%，NW風向次之，為2.3%，偏北風向出現(xiàn)的頻率為22.3%，偏南風向出現(xiàn)的頻率為41.4%（見圖3c）；秋季以SSW風向為主，出現(xiàn)頻率為12.0%，NE風向次之，出現(xiàn)頻率為11.4%，以WNW風向出現(xiàn)頻率最低，僅為3.2%，ESE風向次之，為3.4%，偏北風向出現(xiàn)的頻率為34.7%，偏南風向出現(xiàn)的頻率為36.2%（見圖3d）；冬季以NE風向為主，出現(xiàn)頻率為10.2%，WSW風向次之，出現(xiàn)頻率為9.9%，以ESE風向出現(xiàn)頻率最低，僅為2.4%，E風向次之，為3.0%，偏北風向出現(xiàn)的頻率為34.1%，偏南風向出現(xiàn)的頻率為32.0%（見圖3e）。

圖3f給出了東營港海洋站2011—2015年5a平均狀態(tài)下每月風向頻率分布情況，1月（10.9%）、2月（13.5%）、4月（14.0%）、8月（11.2）、9月（12.6%）和11月（12.0%）都以NE風向為主，7月（11.5%）以ENE風向為主，3月（14.6%）、5月（13.8%）和6月（15.4%）都以S風向為主，10月（15.9%）以SSW風向為主，12月（14.3%）以WSW風向為主。

3.3 極大風

表1給出了2011—2015年間每月極大風的風速和風向，由表1可知，2013年8月出現(xiàn)了5 a間最大的極大風，風向為W，風速為37.1 m/s，風力12級，2015年6月次之，風向為WNW，風速34.6 m/s，風力12級，2014年8月出現(xiàn)的極大風是5年間最小的極大風，風向ESE，風速16.1 m/s，風力6級。極大風中出現(xiàn)大于7級風力的頻率達到96.7%，大于8級風力的頻率為83.3%，大于9級風力的頻率為41.7%，大于10級風力的頻率為15.0%，大于11級風力的頻率為6.7%。

表1 2011—2015年東營港每月極大風風速（單位：m/s）、風向統(tǒng)計表

圖5 極大風在各風向上出現(xiàn)的次數(shù)分布圖（單位：次）

圖6 7級以上大風出現(xiàn)的頻率分布圖（單位：%）

圖5給出了5a間每月極大風在各個風向上出現(xiàn)的次數(shù)，NE風向上出現(xiàn)極大風的頻率最高，為35.0%，NW風向次之，為18.3%，ENE和NNW風向上出現(xiàn)的頻率均為10.0%，偏北風向上出現(xiàn)的頻率達到70.0%，偏南風向上出現(xiàn)的頻率僅有1.7%。

3.4 7級以上大風出現(xiàn)的天數(shù)

東營港海洋站2011—2015年間出現(xiàn)7級以上大風的天數(shù)共有93 d，其中2015年出現(xiàn)的天數(shù)最多，有23 d，占總天數(shù)的24.7%，2013年次之，有20 d，占總天數(shù)的21.5%，2011年出現(xiàn)的天數(shù)最少，有15 d，占總天數(shù)的16.1%，2012年有18d，占總天數(shù)的19.4%，2014年有17 d，占總天數(shù)的18.3%（見圖6a）；5 a間累計出現(xiàn)7級以上大風天數(shù)最多的季節(jié)是秋季，有36 d，占總天數(shù)的38.7%，冬季次之，有28 d，占總天數(shù)的30.1%，春季最少，有13 d，占總天數(shù)的14.0%，夏季次之，有16 d，占總天數(shù)的17.2%（見圖6b）；5 a間累計出現(xiàn)7級以上大風天數(shù)最多的月份是12月，有21 d，占總天數(shù)的22.6%，11月次之，有20 d，占總天數(shù)的21.5%，5月是累計出現(xiàn)7級以上大風天數(shù)最少的，僅有1 d，占總天數(shù)的1.1%，1月次之，有2 d，占總天數(shù)的2.2%，具體每月出現(xiàn)7級以上大風天數(shù)情況見圖7所示。

圖7 7級以上大風出現(xiàn)的天數(shù)分布圖（單位：天）

4 結論

通過利用東營港海洋站2011年1月—2015年12月間每10 min的實測風速、風向資料，對平均風速風向、極大風、7級以上大風出現(xiàn)的天數(shù)進行了統(tǒng)計分析，給出了東營港海洋站風要素的基本變化特征，并得出如下結論：

（1）東營港海洋站的平均風速呈現(xiàn)明顯的季節(jié)特征和年際變化。平均風速月際變化呈“兩峰兩谷”型，春季和秋季處于兩峰，夏季和冬季處于兩谷。5月（春末）的平均風速年際變化最為顯著，1月（冬中）和9月（秋初）年際變化最不明顯。在偏北風向上，平均風速最大而且月際變化最為顯著，為4.0～11.3 m/s，在偏南風向上，平均風速最小而且月際變化最不明顯，為1.9～6.6 m/s。秋（中末）冬（初中）季在NW風向上易出現(xiàn)5～6級的平均風速，春（初中）秋（中末）冬（初）季在NE風向上易出現(xiàn)5～6級的平均風速；

（2）東營港海洋站全年盛行偏南向風和偏北向風，偏南向風和偏北向風出現(xiàn)的頻率分別為38.9%和28.1%。春夏季盛行偏南向風，秋季以偏南向風為主偏北向風為輔，冬季則以偏北向風為主偏南向風為輔。1月、2月、4月、8月、9月和11月的主風向為NE，7月的主風向為ENE，3月、5月和6月的主風向為S，10月的主風向為SSW，12月的主風向為WSW；

（3）東營港海洋站2013年8月出現(xiàn)了風向為W，風速為37.1 m/s，風力12級的最大極大風，2014年8月出現(xiàn)了風向為ESE，風速為16.1 m/s，風力6級的最小極大風。極大風中出現(xiàn)7級以上風力的頻率可達96.7%，出現(xiàn)11級以上風力的頻率為6.7%。偏北風向上最易出現(xiàn)極大風，其發(fā)生的頻率高達70.0%，偏南風向出現(xiàn)極大風的頻率最低，僅為1.7%；

（4）東營港海洋站出現(xiàn)7級以上大風的天數(shù)每年總體上呈增長趨勢，秋季最多，出現(xiàn)頻率為38.7%，冬季次之，出現(xiàn)頻率為29.0%，春季最少，出現(xiàn)頻率為14.0%，夏季次之，出現(xiàn)頻率為17.2%，12月最多，5月最少。

[1]喬方利.中國區(qū)域海洋學—物理海洋學[M].北京:海洋出版社, 2012.

[2]辛寶恒.黃海渤海大風概論[M].北京:氣象出版社,1989.

[3]閻俊岳,陳乾金,張秀芝.中國近海氣候[M].北京:科學出版社, 1993.

[4]井傳才.山東地區(qū)大風的氣候特征[J].山東氣象,1986(2):41-43, 50.

[5]李燕,程航,吳杞平.渤海大風特點以及海陸風力差異研究[J].高原氣象,2013,32(1):298-304.

[6]吳曼麗,陳宇,王瀛,等.黃渤海北部沿海大風時空變化特征[J].氣象與環(huán)境學報,2012,28(6):65-71.

[7]張志華,郭偉,魏皓.黃、渤海大風頻次的年際變化及其影響因子分析[J].海洋預報,2013,30(1):1-8.

[8]高瑞華,王世功,張孝峰,等.渤海海峽大風的氣候特征分析[J].海洋預報,2008,25(3):7-15.

[9]王日東,姜俊玲,郭衛(wèi)華,等.渤海海峽海島站與沿岸站大風對比分析[J].海洋預報,2010,27(2):22-29.

[10]韓永清,郭俊建,張少林,等.環(huán)渤海區(qū)域強風的特征及變化分析[J].海洋預報,2015,32(6):26-33.

Analysis of wind factors in Dongying Port station

LI Yin-zhong,QU Yu-huan,WU Xin,LIU Pei,XU Gui-zhong，DU Hui
（Dongying Oceanic and Fishery Bureau,Dongying 257091 China）

According to the measured wind speed and wind direction data at Dongying Port Station from January 2011 to December 2015,the wind characteristics such as average wind speed,wind direction,extreme wind and duration days above grade 7 are analyzed.The results show that the winds at Dongying Ocean Station have obvious seasonal characteristics and interannual variations.The monthly average wind speed performs two peaks and two valleys feature.In the northerly direction,the average wind speed is the largest and the monthly variation is the most significant.In the south wind direction,the average wind speed is the smallest and the monthly variation is the least.Prevailed throughout the year by south to the wind and the north wind,prevailing south wind in spring and summer,autumn in south to wind and auxiliary partial north wind,the winter is given priority to with partial north wind by south wind is complementary.The maximum winds appears in the northerly wind direction and the lowest in the south wind direction.The number of duration days with strong winds above grade 7 shows an increasing trend every year,with the highest in the autumn and the leastin the spring.

Dongying Port Ocean Station;average wind speed;wind direction;extreme wind

P732.1

A

1003-0239（2017）03-0077-08

10.11737/j.issn.1003-0239.2017.03.010

2016-10-02；

2016-11-29。

國家重點研發(fā)計劃（2016YFC1401800，2016YFC1402000，2016YFC1401400）；國家自然科學基金（41406011，41430963）；國家軟科學研究計劃（ZLY2015140）；中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（XDA11010201）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費（201564014，201562030）。

李銀忠（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事海洋環(huán)境短期和中長期預報。E-mail：enigmalee127@126.com