洪澤湖與四周陸地風(fēng)速差異分析

陳翔 葉成明 陳明王月林 趙小軍 唐鵬 陸苗

摘要：利用洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙2009—2018年10a觀測資料進(jìn)行差異分析。先對測站相互關(guān)系和觀測資料序列進(jìn)行檢驗，檢驗結(jié)論是4個陸地站與湖中站之間關(guān)系密切，5站資料完整。然后再對5站風(fēng)速差異分析比較，結(jié)果表明：4個陸地站與洪澤湖中2min、10min風(fēng)速年平均值差值相對較小，月平均值是9月相差最大， 6月差值最小;最大風(fēng)速、極大風(fēng)速差異明顯，月平均值8月差異大，最大風(fēng)速月平均值3月相差最小，極大風(fēng)速月平均值1月相差最小。洪澤湖面年均大風(fēng)126.8d，陸地站大風(fēng)出現(xiàn)天數(shù)約為湖面的1/3;大風(fēng)在春季出現(xiàn)最多，9月、10月是一年大風(fēng)天氣出現(xiàn)最少時段。

關(guān)鍵詞：風(fēng)速;觀測資料;檢驗;差值;洪澤湖

中圖分類號：S16? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200229043

引言

洪澤湖位于江蘇西北部，是我國第4大淡水湖。是連接淮河、大運(yùn)河交通樞紐，每天航運(yùn)、漁業(yè)生產(chǎn)、以及旅游觀光船來往頻繁。但因洪澤湖面空曠平坦，極端氣候事件，特別湖面大風(fēng)災(zāi)害天氣，往往造成船毀人亡的重大安全事故和人民群眾財產(chǎn)巨大損失。因此，提高洪澤湖大風(fēng)等極端天氣預(yù)報準(zhǔn)確率具有現(xiàn)實意義。

關(guān)于水體對氣候、天氣、氣候資源和氣象因子的影響，近年來，許多氣象、環(huán)境和水文等領(lǐng)域的科學(xué)工作者進(jìn)行了大量研究[1-16]，其研究主要有4個方面。水體及其周邊氣候特征的研究。如蔡榮輝等[2]對洞庭湖區(qū)域雷暴大風(fēng)分型及預(yù)報分析研究，表明根據(jù)天氣形勢配置將其分為4類類型，低層暖平流強(qiáng)迫類、斜壓鋒生類、準(zhǔn)正壓類及高層冷平流強(qiáng)迫類。馬洪亮等[13]通過對天池氣象站1959—2007年的逐日地面氣候資料，應(yīng)用線性傾向估計、功率譜分析、滑動t檢驗及距平標(biāo)準(zhǔn)差對比分析等方法對天山天池氣候變化特征進(jìn)行了分析研究。關(guān)于水體周圍氣象環(huán)境的研究。如黃菊梅等[1]利用2007—2016年酸雨和同期氣象資料及氣溶膠數(shù)據(jù)，對洞庭湖濱湖酸雨特征及氣象條件的關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明，酸雨的強(qiáng)度不隨降水量級的變化而變化。隨著降水持續(xù)天數(shù)的增加，降水的酸性強(qiáng)度明顯加強(qiáng);水樣溫度升高，降水的酸性強(qiáng)度明顯減弱;風(fēng)速越大，降水的酸性強(qiáng)度越強(qiáng);風(fēng)向頻率較大的偏北風(fēng)降水的酸性強(qiáng)度較強(qiáng)，而風(fēng)向頻率較小的偏南風(fēng)降水的酸性強(qiáng)度較弱。大氣氣溶膠對降水的酸性強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)作用。李蒙等[11]利用MODIS衛(wèi)星資料，運(yùn)用假彩色合成法和歸一化植被指數(shù)法對滇池藍(lán)藻水華進(jìn)行監(jiān)測，得到滇池水華的分布特征。關(guān)于水體氣候生態(tài)資源的研究。如莊智福等[10]利用WRF模式對洪澤湖地區(qū)風(fēng)能資源狀況進(jìn)行數(shù)值模擬， 模擬結(jié)果風(fēng)速季節(jié)變化的規(guī)律是春季最大， 夏季最小;沿湖風(fēng)速大于陸地， 湖岸帶附近風(fēng)速梯度變化十分明顯。風(fēng)速垂直變化的規(guī)律是洪澤湖地區(qū)風(fēng)速隨著高度增加而有所增大， 當(dāng)增加到一定高度時， 風(fēng)速增幅減弱。劉召華等[16]通過對商城庫區(qū)氣候生態(tài)資源的分析，結(jié)果表明商城庫區(qū)氣候溫和、熱量變化平緩、降水充沛、空氣溫度大、霧日多，大部分時候庫區(qū)水溫高于氣溫，庫內(nèi)應(yīng)以生態(tài)資源開發(fā)為主。關(guān)于水體對氣象因子影響的研究。如王詠薇等[3]應(yīng)用WRF中尺度模式，通過對四季晴天小風(fēng)、陰天大風(fēng)背景天氣下有無水體算例模擬結(jié)果的比較，分析了浙江青山湖水體（6.5km2）對周邊2m高度處氣溫的影響。陳翔等[12]利用30a氣候整編資料分析洪澤湖區(qū)的氣溫分布的特征及其對蘇北地區(qū)氣溫分布影響。

這些研究取得重大成果，并被應(yīng)用實際工作中。但對大型水體氣象因子和周邊陸地差異研究較少，況且，大型水體中氣象觀測站布設(shè)點少，所用觀測資料多為周邊陸地觀測站資料，使分析研究有一定的局限性。洪澤湖中腹心地帶觀測站始建于2009年，已有10余年較長序列一手觀測資料，項目研究時又對觀測資料序列均一性進(jìn)行顯著檢驗，使分析更有合理性。通過湖中風(fēng)觀測資料和四周陸地臺站進(jìn)行同期進(jìn)行對比分析其差異特點，為提高大型水體短時、短期大風(fēng)的無縫隙精細(xì)化預(yù)報提供了參考。

1觀測資料與方法

采用洪澤湖中腹心地帶避風(fēng)港自動觀測站（以下簡稱洪澤湖中站）和四周100km范圍內(nèi)洪澤、淮安、泗洪和盱眙4個國家觀測站2009—2018年10a的2min、10 min、最大風(fēng)速和極大風(fēng)速觀測資料。

根據(jù)相關(guān)系數(shù)公式，先對這5個站的相互關(guān)系分析，然后再進(jìn)行觀測資料序列均一性顯著性檢驗，確定5個站觀測資料完整再進(jìn)行對比分析。將洪澤湖中站的2min、10 min、最大風(fēng)速和極大風(fēng)速的月、年平均值分別與4個國家站對比分析。并統(tǒng)計日極大風(fēng)速在6級以上大風(fēng)出現(xiàn)的規(guī)律特征。

2相關(guān)性分析

求算洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站的相互關(guān)系。已知相關(guān)系數(shù)公式為[17]：

rxy=∑ni=1xiyi-nx y（∑ni=1x2i-nx2）（∑ni=1y2i-ny2）? （1）

rxy值越接近1，表示其之間關(guān)系越密切。

其中，n取10，xi，yi分別為洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站近10a風(fēng)速年平均值。

將這5個站2min風(fēng)速年平均值分別代入公式⑴中，得出洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站的相互關(guān)系系數(shù)分別為0.99、0.75、0.97、0.82。由此可見，洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站存在著相互關(guān)系，其中洪澤湖中站與洪澤和泗洪兩站關(guān)系最為密切。

3觀測資料序列均一性檢驗

對洪澤湖中站、洪澤、淮安、泗洪、盱眙5個站2009—2018年觀測的2min風(fēng)速年平均值序列進(jìn)行均一性分析。應(yīng)用t檢驗方法（顯著性水平0.05）對該時段前后風(fēng)速差異進(jìn)行顯著性檢驗。如檢驗結(jié)果顯著，則認(rèn)為該站觀測資料序列不連續(xù)，就不能對比分析。設(shè)xi為假設(shè)某站2min風(fēng)速年平均值，樣本容量為10a，這10a相應(yīng)要素年平均值的樣本序列為x1，x2，...，xi，...，x10，統(tǒng)計量：

t=xi-x10s10（10-110+1）12（2）

其中，x10=110∑10i=1xi（3）

s10=110∑10i=1（xi-x10）2（4）

將各站要素樣本資料代入上述公式中，計算2min風(fēng)速的t檢驗值，結(jié)果見表1。在顯著水平a為0.05，自由度為10時，ta=2.228，當(dāng)要素某年|t|>ta，則表示要素該年xi與10a平均值差異顯著。由表1可知，各站2min風(fēng)速均通過了顯著性檢驗。因此，將洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站比較分析是有合理性的。

4風(fēng)速分析比校

4.12min風(fēng)速比較分析

4個陸地站與洪澤湖中2min風(fēng)速年平均值相差在2.0～2.6m/s之間，其中洪澤湖中站2min風(fēng)速年均值為4.6m/s，而陸地站中，淮安為2.4m/s，是4個陸地站中最大的，而洪澤、泗洪和盱眙10a的2min風(fēng)速平均值均為2.0m/s。

對2min風(fēng)速月平均值進(jìn)行分月比較，據(jù)圖1可知，9月份4個陸地站中與洪澤湖中站相差最大，其中泗洪、洪澤與洪澤湖中相差達(dá)3.0m/s，淮安、盱眙分別為2.9m/s、2.8m/s。8月份次之，4個陸地站與洪澤湖中站差值在2.5～2.9m/s之間。6月份差值最小，差值在1.9～2.3m/s之間。

4.210min風(fēng)速比較分析

4個陸地站與洪澤湖中10min風(fēng)速年平均值比較，差值也在2.0～2.6m/s之間，其中洪澤湖中站10min風(fēng)速年平均值為4.6m/s，而陸地站中，淮安為2.4m/s，最大;泗洪為2.1m/s，洪澤和盱眙10a的10min風(fēng)速平均值均為2.0m/s。

10min風(fēng)速月平均值進(jìn)行分月比較，據(jù)圖2可知，8月、9月4個陸地站與洪澤湖中站差值最大，其中泗洪比洪澤湖中站均小2.9m/s，淮安相差最小，分別為2.5m/s、2.7m/s。6月份差值最小，差值在1.9～2.3m/s之間。

4.3最大風(fēng)速比較分析

4個陸地站與洪澤湖中最大風(fēng)速年平均值比較，差異明顯，差值范圍在3.2～3.9m/s之間。其中，盱眙與洪澤湖中站差值最大，淮安與洪澤湖中站差值最小，洪澤、泗洪與洪澤湖中站差值分別為3.6m/s、3.7m/s。最大風(fēng)速月平均值分月比較，據(jù)圖3可知，8月4個陸地站與洪澤湖中站差值最大，差值范圍在4.0～4.7m/s之間，其中泗洪差值最大，淮安相差最小。其次是7月、9月2個月，差值范圍分別在3.7～4.0m/s和3.7～4.1m/s之間。1月份差值最小，差值在2.9～3.6m/s之間。

4.4極大風(fēng)速比較分析

4個陸地站與洪澤湖中極大風(fēng)速年平均值比較，差異也明顯，差值范圍在3.2～3.4m/s之間。4個陸地站之間相差很小，其中淮安與洪澤湖中站差值最大，洪澤與洪澤湖中站差值最小，盱眙、泗洪與洪澤湖中站差值均為3.3m/s。

對極大風(fēng)速月平均值進(jìn)行分月比較，據(jù)圖4可知，8月4個陸地站與洪澤湖中站與差值最大，差值范圍在3.1～3.6m/s之間，其中泗洪差值最大，淮安相差最小。其次是7月、9月，差值范圍分別在2.4～2.6m/s和2.6～2.8m/s之間。3月份差值最小，差值在1.5～1.8m/s之間。這時7—9月處于盛夏，對流天氣局地性強(qiáng)，是造成極大風(fēng)速相差大的一個主要原因。

由于6級及以上大風(fēng)對洪澤湖面安全生產(chǎn)威脅大，因此統(tǒng)計了這5站近10a的6級及以上大風(fēng)天氣。洪澤湖面共有1268d出現(xiàn)6級及以上大風(fēng)，平均每年126.8d，約3d就出現(xiàn)1次;8級及以上大風(fēng)143d，每年不到15d;10級以上大風(fēng)，湖面只出現(xiàn)5次，歷年極大風(fēng)速為30.6m/s（11級）。而陸地站6級及以上大風(fēng)出現(xiàn)天數(shù)約為湖面的1/3，其中最多是洪澤站，年均39.7d，其次是泗洪，為37.0d，盱眙和淮安分別32.7d、31.4d;8級及以上大風(fēng)，也是洪澤站最多，年均為2.1d，泗洪2.0d，淮安1.3d，盱眙最少，年均0.5d;4個陸地站歷年極大風(fēng)速只達(dá)到10級，洪澤、泗洪和淮安僅出現(xiàn)1次，而盱眙從未出現(xiàn)。

圖56級及以上大風(fēng)月出現(xiàn)天數(shù)

6級及以上大風(fēng)春季出現(xiàn)最多（圖5），其中4月各站均出現(xiàn)最多，湖面上年均15.1d，每2d就出現(xiàn)1次，而最少的淮安也有5.3d;其次是3月，湖面上年均14.4d，最少淮安也有4.3d。9、10月是一年大風(fēng)天氣出現(xiàn)最少時段，湖面出現(xiàn)天數(shù)僅為4月1d，盱眙、洪澤兩站9月份都出現(xiàn)1d，10月份泗洪也只出現(xiàn)1d。8級及以上大風(fēng)，湖面上4月份出現(xiàn)最多，月均3.0d，其次是8月份，2.7d，冬季和秋季偏少，月均不足1d;陸地站只出現(xiàn)在3、4、5、7、8月這5個月。

5結(jié)論

洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站的相互關(guān)系系數(shù)分別為0.99、0.75、0.97、0.82。由此可見，洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站存在著相互關(guān)系，其中洪澤湖中站與洪澤和泗洪2站關(guān)系最為密切。

對洪澤湖中站、洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站2009—2018年觀測的2min風(fēng)速年值序列進(jìn)行均一性分析，應(yīng)用t檢驗方法，各站均通過了顯著性檢驗。因此，將洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站比較分析是有合理性的。

4個陸地站與洪澤湖中2min、10min風(fēng)速年平均值差值相對較小，月平均值分月比較，9月是4個陸地站中與洪澤湖中站相差最大，6月份差值最小。

4個陸地站與洪澤湖中最大風(fēng)速年平均值比較，差異明顯。最大風(fēng)速月平均值分月比較，8月差值最大，差值范圍在4.0～4.7m/s之間，而1月份差值最小。

4個陸地站與洪澤湖中極大風(fēng)速年平均值比較，差異也明顯，對極大風(fēng)速月平均值分月比較，8月4個陸地站與洪澤湖中站差值最大，3月差值最小。洪澤湖面近10a共有1268d出現(xiàn)6級及以上以上大風(fēng)，平均每年126.8d，約3d就出現(xiàn)1次;8級及以上大風(fēng)143d，每年不到15d，而陸地站6級及以上以上大風(fēng)出現(xiàn)天數(shù)約為湖面的1/3。6級及以上大風(fēng)春季出現(xiàn)最多，其中4月各站均出現(xiàn)最多，9月、10月是一年大風(fēng)天氣出現(xiàn)最少時段。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃菊梅，何筱仙，吳思雁，等.洞庭湖濱湖酸雨特征及氣象影響因子[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2019，42（2）：82-88.

[2]蔡榮輝，姚蓉，黃小玉，等.洞庭湖區(qū)域雷暴大風(fēng)分型及預(yù)報分析研究[J].氣象，2017，43（5）：560-572.

[3]王詠薇，齊德莉，邱陽陽，等.小型水體對氣溫觀測環(huán)境影響的初步模擬分析[J].氣象科學(xué)，2017，37（3）：304316.

[4] 韓美，高珊，曾瑾瑜，高聰暉.臺灣海峽西岸海霧研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向[J].氣象科技，2016，44（6）：928-936.

[5] 周英，袁久坤.三峽庫區(qū)“腹心”地帶蓄水前后氣溫變化特征[J].氣象科技，2016，44（5）：783-787.

[6]湯天然，袁馬強(qiáng)，曹芳.太湖及與湖岸城市間大氣顆粒物分布特征分析[J].氣象科學(xué)，2016，36（6）：819-825.

[7]吳丹暉，曾剛.近20 a孟加拉灣海表溫度變化對南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的影響[J].氣象科學(xué)，2016，36（3）：358-365.

[8]李俊樂，范廣洲，周定文，等.高原夏季風(fēng)與南海夏季風(fēng)關(guān)系及其影響[J].氣象科學(xué)，2015，35（5）：565-573.

[9]黃菊梅，鄒用昌，蔡海朝，等.近60a來洞庭湖區(qū)氣溫的變化特征[J].氣象科學(xué)，2013，33（4）：457-463.

[10]莊智福，丁慧，袁志勇，等.洪澤湖區(qū)風(fēng)能資源的數(shù)值模擬與應(yīng)用[J].氣象科學(xué)，2011（S1）：43-48.

[11]李蒙，謝國清，魯韋坤，等.氣象條件對滇池水華分布的影響[J].氣象科學(xué)，2011（5） ：639-645.

[12] 陳翔，高文亮，劉杰，等. 洪澤湖區(qū)的氣溫特征及其對蘇北氣溫分布的影響[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2011（S1）：120-124.

[13]馬洪亮，馬燕，薛福民.天山天池近49年氣候變化特征[J].氣象科技，2010，38（2）：209-213.

[14]劉甜甜，郭海峰，禹偉，等.洞庭湖區(qū)的氣溫特征及其對湖南氣溫分布的影響[J].氣象，2008，34（10）：108-114.

[15]馬占山， 張強(qiáng)，秦琰琰. 三峽水庫對區(qū)域氣候影響的數(shù)值模擬分析[J].長江流域資源與環(huán)境，2010，19（9）：1044-1052.

[16]劉召華，王金海，揚(yáng)云.商城庫區(qū)氣候生態(tài)資源開發(fā)利用研究[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2006（2）：60-61.

[17] 施能.氣象科研與預(yù)報中的多元分析方法[M].北京：氣象出版社，2002：1-10.