黑龍江九三農(nóng)墾地區(qū)風(fēng)與降雪的關(guān)系研究

劉建生 邵曉梅

摘 要：從黑龍江省九三農(nóng)墾1971—2015年的逐日風(fēng)、降水量以及降雪天氣數(shù)據(jù)中提取了冬半年逐日風(fēng)、降雪數(shù)據(jù)，分析了該區(qū)近45a風(fēng)與降雪的關(guān)系。結(jié)果表明：該區(qū)年平均風(fēng)速呈減小趨勢(shì)，年降雪量呈增加趨勢(shì)，風(fēng)速和降雪量在冬半年呈先減小后增加的凹形分布;日降雪量與日平均風(fēng)速、 日最大風(fēng)速存在一定的線性正相關(guān); 降雪時(shí)，日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速較大，且日最大風(fēng)速風(fēng)向主要為偏北風(fēng)，隨著降雪的結(jié)束，風(fēng)速越來越小，日最大風(fēng)速主要風(fēng)向由偏北風(fēng)變?yōu)槠巷L(fēng);多年降雪量集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北東（NNE）3個(gè)風(fēng)向上，并且在16個(gè)風(fēng)向上呈W分布。

關(guān)鍵詞： 黑龍江省九三墾區(qū);平均風(fēng)速;最大風(fēng)速;降雪量;降雪日數(shù)

一、資料與方法

1.資料

本文所用資料為該區(qū)的1971-2015年的逐日平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、最大風(fēng)速風(fēng)向、逐日降水量、降雪天氣現(xiàn)象、逐日平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫等資料，從多年逐日風(fēng)、降雪量和降雪天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)中提取冬半年逐日風(fēng)、降雪資料進(jìn)行研究（該降雪資料不包括雨夾雪）。以今年10月到次年4月為一個(gè)冬半年。

2.方法

為直觀體現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間年際波動(dòng)情況，保留時(shí)間序列的完整性，對(duì)45個(gè)冬半年年平均風(fēng)速、年最大風(fēng)速、年降雪量、年降雪日數(shù)進(jìn)行了距平分析及5a移動(dòng)平均分析，并用一次線性關(guān)系表示年際變化趨勢(shì)。

為明確分析風(fēng)速的分布特征，本文以1 m·s-1為一個(gè)基本風(fēng)速區(qū)間對(duì)風(fēng)速進(jìn)行研究，統(tǒng)計(jì)多年日平均風(fēng)速和多年日最大風(fēng)速在每個(gè)風(fēng)速區(qū)間出現(xiàn)的頻率。 每個(gè)風(fēng)速區(qū)間中間值代表一個(gè)風(fēng)速區(qū)間，例如6 m·s-1代表5.6 m·s-1—6.5 m·s-1。

考慮到降雪后2天，積雪表層會(huì)形成一層結(jié)皮，除特大風(fēng)口、風(fēng)蝕坑外，降雪3天后風(fēng)對(duì)積雪的分布不再產(chǎn)生作用，因此在研究風(fēng)和降雪時(shí)間上的關(guān)系時(shí)，只統(tǒng)計(jì)分析降雪當(dāng)日、降雪后第1天至第3天的日最大風(fēng)速的速度和風(fēng)向，并用玫瑰圖進(jìn)行表示。

在研究多年風(fēng)和降雪量的關(guān)系時(shí)，以0.1mm降雪量為一個(gè)基本單位，同一日降雪量值會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)日平均風(fēng)速值和日最大風(fēng)速值，此時(shí)對(duì)多個(gè)日平均風(fēng)速值及日最大風(fēng)速值分別求均值，建立降雪量和平均風(fēng)速、最大風(fēng)速一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

研究降雪在16個(gè)風(fēng)向上的分布情況，統(tǒng)計(jì)分析每個(gè)降雪日的風(fēng)向，根據(jù)分析結(jié)果在origin中采用四次多項(xiàng)式建立降雪在16個(gè)風(fēng)向上的分布模型，計(jì)算模型系數(shù)取值及其95%置信區(qū)間，并對(duì)模型進(jìn)行T檢驗(yàn)。

二、風(fēng)和降雪的基本特征

1.年際變化

該區(qū)45個(gè)冬半年年平均風(fēng)速和年最大風(fēng)速總體上呈減少趨勢(shì)，并且都具有明顯的階段性。45a年平均風(fēng)速為3.1m·s-1，年平均風(fēng)速最大為4.0m·s-1（1975年），最小為2.1m·s-1（2012年）。除1986、1991、1992年外，1972-1997年間的多年平均風(fēng)速均高于45a年平均風(fēng)速，為正距平，此階段年平均風(fēng)速為3.4 m·s-1。1998-2015年間僅有2001年為正距平，其余年份均低于45a年平均風(fēng)速，為負(fù)距平，此階段年平均風(fēng)速為2.6 m·s-1。

年最大風(fēng)速的減少趨勢(shì)更為顯著， 45a年最大風(fēng)速為6.7 m·s-1，年最大風(fēng)速最大為8.8m·s-1（1975年），最小為4.7m·s-1（2013年）。除1991、1992、1996年外，1972-1998年間的多年最大風(fēng)速均高于45a年最大風(fēng)速，為正距平，此階段年最大風(fēng)速為7.5 m·s-1。從1999年開始年最大風(fēng)速變?yōu)樨?fù)距平，此階段年最大風(fēng)速為5.7 m·s-1。

近45年來年降雪量呈增加趨勢(shì)，增長(zhǎng)率為3.0mm/10a，并且年際波動(dòng)較大。20世紀(jì)70年代后期、20世紀(jì)80年代后期、20世紀(jì)90年代前期及2003年以來為降雪多發(fā)期，20世紀(jì)70年代中期、70年代末期到80年代初期、80年代中期、80年代末期以及90年代中后期為少雪期。年降雪日數(shù)的變化與年降雪量相反，呈減少趨勢(shì)，遞減率為1.6d/10a。20世紀(jì)70年代前期、70年代末期到80年代中期、90年代前期以及21世紀(jì)10年代中后期年降雪日數(shù)多，20世紀(jì)70年代中期、80年代末期到90年代初期、20世紀(jì)90年代后期到21世紀(jì)10年代前期以及2012年以來年降雪日數(shù)偏少。

2.年內(nèi)變化

平均風(fēng)速、最大風(fēng)速在冬半年各月份均呈凹型分布，并且最大風(fēng)速變化更為劇烈。10月和4月月平均風(fēng)速、月最大風(fēng)速最大，分別為3.7m·s-1、7.7 m·s-1和4.6 m·s-1、9.3 m·s-1，1月則最小，二者分別為1.9 m·s-1、4.9 m·s-1。

降雪量呈凹型分布、降雪日數(shù)呈凸型分布。降雪量集中在11月、10月和4月，分別占冬半年總降雪量的18.3%、18.0%和16.5%，12月和3月降雪量相當(dāng)，分別為14.9%、14.0%，1月和2月降雪量最小，兩月之和僅占18.2%。

3.各等級(jí)風(fēng)和雪的分布特征

冬半年日平均風(fēng)速和日最大風(fēng)速在風(fēng)速區(qū)間上呈單峰型。日平均風(fēng)速主要集中在1-4m·s-1區(qū)間，累積頻率為73.2%，在2.0m·s-1處頻率達(dá)到最高值21.2%。日最大風(fēng)速主要分布在3-8 m·s-1區(qū)間，累積頻率為67.8%，在6 m·s-1處頻率達(dá)到最高值12.5%，風(fēng)速10.0 m·s-1以上日最大風(fēng)速累積頻率僅為13.0%。

冬半年日最大風(fēng)速風(fēng)向主要集中在NW-NNE、S-SSW方位上，NW-NNE方位各風(fēng)向出現(xiàn)頻率之和為37.7%，S-SSW方位各風(fēng)向出現(xiàn)頻率之和為23.1%。其中S出現(xiàn)的頻率最高，達(dá)到13.5%，其次是NNW，頻率為11.4%，N和SSW出現(xiàn)的頻率分別為9.9%、9.6%。

該區(qū)降雪以小雪為主，降雪量占年降雪量的51.1%，降雪日數(shù)占總降雪日數(shù)的58.9%;其次為中雪，降雪量占年降雪量的23.9%，降雪日數(shù)占總降雪日數(shù)的5.3%。大雪、暴雪的降雪量占總降雪量的25.0%，與中雪接近，而降雪日數(shù)僅占總降雪日數(shù)的2.2%;微量降雪日數(shù)占總降雪量的33.6%。

通過對(duì)各等級(jí)降雪在冬半年內(nèi)各月份分布的分析（表略），得到微量降雪和小雪在各月份分布比較均勻，中雪、大雪和暴雪則多發(fā)生在冬半年開始和結(jié)束月份，大體呈凹型分布。

三、風(fēng)和降雪的關(guān)系

1.最大風(fēng)速與降雪時(shí)間

降雪時(shí)，日最大風(fēng)速風(fēng)向突出表現(xiàn)在北（N）和北北西（NNW），兩個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)頻率之和為36.7%，對(duì)應(yīng)日平均最大風(fēng)速區(qū)間為7.5-8.5m·s-1;降雪后第1 天，日最大風(fēng)速風(fēng)向突出表現(xiàn)在北北西（NNW）和西北（NW），兩個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)頻率之和為30.3%，對(duì)應(yīng)日平均最大風(fēng)速區(qū)間為6.5-8.0m·s-1，降雪后第2天，日最大風(fēng)速風(fēng)向突出表現(xiàn)在南（S）和南南西（SSW），兩風(fēng)向出現(xiàn)頻率之和為27.5%，對(duì)應(yīng)日平均最大風(fēng)速區(qū)間為5.5-7.0 m·s-1;降雪后第3天，日最大風(fēng)速風(fēng)向突出表現(xiàn)在南（S）、南南西（SSW），兩個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)頻率之和為27.1%，對(duì)應(yīng)日平均最大風(fēng)速區(qū)間為5.5-6.5 m·s-1。降雪發(fā)生至降雪結(jié)束的3天，日最大風(fēng)速主要風(fēng)向由偏北風(fēng)變?yōu)槠巷L(fēng)，風(fēng)速逐漸減小。

2.平均風(fēng)速、最大風(fēng)速與各等級(jí)降雪時(shí)間

日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速在各等級(jí)降雪時(shí)間序列上的變化存在一定差異，降雪時(shí)降雪等級(jí)越高，風(fēng)速越大;降雪后第1天，四個(gè)等級(jí)降雪的日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速的值基本趨于一致;降雪后第2天，中雪的日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速值最大，其次是小雪、暴雪，大雪最小;降雪第3天，各等級(jí)降雪的日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速值趨于一致。

分別對(duì)日降雪量與日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)兩者存在一定的相關(guān)性，并且相關(guān)性基本一致，都呈現(xiàn)出隨著降雪量增大風(fēng)速逐漸增大的趨勢(shì)，但日降雪量越大，日降雪量與日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速的相關(guān)性越低。

3.風(fēng)向與降雪量

多年降雪量在不同風(fēng)向上的分布存在顯著性差異，集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北東（NNE）三個(gè)風(fēng)向上，三個(gè)風(fēng)向的降雪量累積頻率為49.6%，北（N）風(fēng)向的降雪量頻率最高（20%）。此外，三個(gè)主要風(fēng)向降雪量累積頻率的年際變化存在一定的波動(dòng)，總體上處于減少的趨勢(shì)。其中，北（N）風(fēng)向降雪量頻率為減少趨勢(shì)、北北西（NNW）風(fēng)向降雪量頻率為增加趨勢(shì)、北北東（NNE）風(fēng)向降雪量頻率為增加趨勢(shì)。

四、結(jié)語

通過對(duì)東北典型黑土區(qū)北部風(fēng)、降雪變化特征及兩者關(guān)系的分析，得到如下結(jié)論：

1.風(fēng)的基本特征。年平均風(fēng)速，年最大風(fēng)速為下降趨勢(shì);月平均風(fēng)速、月最大風(fēng)速在冬半年各月份呈凹型分布;日平均風(fēng)速和日最大風(fēng)速在風(fēng)速區(qū)間上呈單峰型分布，日最大風(fēng)速風(fēng)向主要集中在NW-NNE、S-SSW方位上。

2.降雪的基本特征。年降雪量為增加趨勢(shì)，年降雪日數(shù)為減少趨勢(shì);月降雪量、月降雪日數(shù)在冬半年各月份分別呈凹型分布、凸型分布。

3.風(fēng)與降雪的關(guān)系。日降雪量與日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速存在一定的線性正相關(guān)，降雪時(shí)，日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速較大，日最大風(fēng)速風(fēng)向主要為偏北風(fēng)，隨著降雪的結(jié)束，風(fēng)速越來越小，日最大風(fēng)速主要風(fēng)向由偏北風(fēng)變?yōu)槠?多年降雪量集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北東（NNE）三個(gè)風(fēng)向上。

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作者簡(jiǎn)介：劉建生（1979-12-）男，漢族，黑龍江省大慶市大同區(qū)人，大學(xué)本科，副高級(jí)農(nóng)藝師，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作。