東洞庭湖湖陸風(fēng)特征分析

楊偉 劉擎 王威 張巧明 方陽(yáng)

（湖南省岳陽(yáng)市氣象局，岳陽(yáng) 414000）

0 引言

湖陸風(fēng)是一種呈現(xiàn)明顯日變化特征的中小尺度天氣現(xiàn)象。湖面與陸地顯著的溫度差異是湖陸風(fēng)的成因所在，在湖泊附近陸地，白天受太陽(yáng)短波輻射增溫比湖面快，空氣膨脹上升，低層空氣自湖面流向陸地，形成湖風(fēng)；夜間陸地比湖面輻射冷卻得快，空氣下沉，低層空氣自陸地流向湖面，形成陸風(fēng)，從而出現(xiàn)風(fēng)向晝夜交替的現(xiàn)象。通常來(lái)說(shuō)，離湖區(qū)越近，湖陸風(fēng)越明顯[1]。

中國(guó)關(guān)于湖陸風(fēng)的研究多集中在相對(duì)較大的內(nèi)陸湖泊地區(qū)，李連方[2]、林必元等[3]、劉電英等[4]利用洞庭湖周邊典型站點(diǎn)資料分析發(fā)現(xiàn)，洞庭湖區(qū)湖陸風(fēng)明顯，夏季最明顯，湖陸風(fēng)厚度約為300 m。李維亮等[5]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江三角洲城市熱島效應(yīng)、海陸風(fēng)與太湖湖陸風(fēng)相互影響；殷長(zhǎng)秦等[6]和于強(qiáng)等[7]對(duì)巢湖流域典型站點(diǎn)資料分析發(fā)現(xiàn)，湖陸溫差是湖陸風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)鍵因子；王浩等[8]建立中小尺度數(shù)值模式發(fā)現(xiàn)，水體對(duì)山地的氣溫和風(fēng)速影響明顯，在湖陸風(fēng)的上方有返回氣流存在；李照國(guó)等[9]選用夏季鄂陵湖湖濱地區(qū)的晴天資料分析發(fā)現(xiàn)，近地層氣象要素受湖陸風(fēng)環(huán)流影響較大，輻射各分量具有典型日變化；張茜等[10]對(duì)博斯騰湖的湖陸風(fēng)特征及其數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，博斯騰湖北側(cè)湖風(fēng)與中天山南側(cè)谷風(fēng)疊加效應(yīng)造成局地環(huán)流增強(qiáng)。由于探測(cè)場(chǎng)地、環(huán)境、能力所限，目前尚缺少對(duì)湖陸風(fēng)全面系統(tǒng)、深入細(xì)致的研究，湖陸風(fēng)與城市熱島疊加影響、氣溫與濕度差異及其成因等研究較少，湖（水）面反射太陽(yáng)光到湖面上空充沛的水汽、附近陸地建筑物、植被等物體上導(dǎo)致氣溫上升現(xiàn)象尚未被發(fā)現(xiàn)與重視。

東洞庭湖是洞庭湖湖系中最大的湖泊，為長(zhǎng)江中游防汛重要地段。岳陽(yáng)國(guó)家氣候觀象臺(tái)（簡(jiǎn)稱岳陽(yáng)站）北部緊鄰岳陽(yáng)樓，西部即為東洞庭湖，是全國(guó)唯一建在大型水體附近、且觀測(cè)資料時(shí)間跨度近百年的氣象觀測(cè)站；東部為岳陽(yáng)市城區(qū)，因此兼具湖區(qū)和城市氣候特征，為湖陸風(fēng)、湖泊與城市氣候相互影響研究提供了得天獨(dú)厚的寶貴代表性資料。為開展杭瑞高速洞庭湖大橋建設(shè)的氣象服務(wù)需要，2014年10月湖南省氣候中心與岳陽(yáng)市氣象局聯(lián)合在東洞庭湖出口西側(cè)蘆葦灘、西橋塔北側(cè)修建了70 m高測(cè)風(fēng)塔，2017年5—12月又在東橋塔H形南塔頂安裝了200 m高測(cè)風(fēng)儀。為水上安全氣象服務(wù)需要，2016年1月在東洞庭湖東岸修建了七里山船舶、鹿角等10個(gè)海事站，并且在湖心燈塔修建了扁山與煤炭灣2個(gè)自動(dòng)氣象站。本文利用近年較為豐富詳實(shí)的探測(cè)資料分析湖陸風(fēng)日變化特征和季節(jié)特征，夏季氣溫、湖陸風(fēng)、濕度的時(shí)空四維特征，發(fā)現(xiàn)湖（水）面反光增溫效應(yīng)現(xiàn)象、分析湖陸風(fēng)與城市熱島的疊加影響與主要相關(guān)因素，較好地解釋了湖陸風(fēng)強(qiáng)度、維持時(shí)間與江湖附近氣溫、濕度差異等成因，為湖區(qū)氣象科學(xué)研究、科技服務(wù)與防災(zāi)減災(zāi)提供參考。

1 站點(diǎn)選取和方法介紹

氣象站點(diǎn)首選位于東洞庭湖東北岸濱湖的岳陽(yáng)站（113.05°E，29.23°N，海拔53 m），湖岸線幾乎呈南北向，東南方為岳陽(yáng)市中心城區(qū)。另外選取東洞庭湖西北部華容國(guó)家一般氣象站（112.33°E，29.31°N，海拔31 m，距離湖面33 km），東北部臨湘國(guó)家一般氣象站（113.27°E，29.29°N，海拔60.4 m，距離湖面37 km）。區(qū)域自動(dòng)氣象站選取湖區(qū)周邊南湖站、風(fēng)雨山、鹿角、漉湖蘆葦場(chǎng)水管站（簡(jiǎn)稱漉湖站）、隆慶蓮場(chǎng)、良心堡、穆湖鋪、七里山船舶站，煤炭灣與扁山湖心燈塔自動(dòng)氣象站（簡(jiǎn)稱煤炭灣站、扁山站），杭瑞高速洞庭湖大橋測(cè)風(fēng)塔（簡(jiǎn)稱測(cè)風(fēng)塔）等（圖1）。

圖1 洞庭湖區(qū)氣象站點(diǎn)分布圖Fig. 1 Distribution map of meteorological stations in Dongting Lake area

采用岳陽(yáng)站2017年 6 月— 2019年 5 月的逐時(shí)觀測(cè)資料分析湖陸風(fēng)的日變化特征和季節(jié)變化特征。為全方位了解夏季湖陸風(fēng)時(shí)空變化四維特征，通過(guò)資料完整性、靈敏性、典型性檢查篩選，選取2017年8月3日21時(shí)—23日20時(shí)多種氣象資料，時(shí)間步長(zhǎng)為每小時(shí)一次，測(cè)風(fēng)塔高度梯度為：10 m、30 m、50 m、60 m、70 m（橋西）、200 m（橋東）共6個(gè)層次，綜合分析研究湖區(qū)平均氣溫、風(fēng)場(chǎng)、相對(duì)濕度等氣象要素變化特征及其成因。該時(shí)段洞庭湖出口城陵磯水位26.07～28.19 m，能代表東洞庭湖夏季大致情況。

為有效識(shí)別湖陸風(fēng)，首先將各時(shí)次的測(cè)站風(fēng)分解為u和v分量，分別代表東西方向和南北方向的風(fēng)（西風(fēng)、北風(fēng)為正值，東風(fēng)、南風(fēng)為負(fù)值），計(jì)算出各站的年（季、月、時(shí)段）逐時(shí)u、v平均值，之后將24 h的逐時(shí)平均值u、v相加求平均獲得全日平均值，再用逐時(shí)的年（季、月、時(shí)段）平均值u和v減去全日平均值得到逐時(shí)距平值。全日平均值可以看作是系統(tǒng)風(fēng)即背景風(fēng)，逐時(shí)平均值視作實(shí)際風(fēng)，用實(shí)際風(fēng)減去系統(tǒng)風(fēng)得到距平風(fēng)（西風(fēng)、北風(fēng)為正值，東風(fēng)、南風(fēng)為負(fù)值），通過(guò)分析逐時(shí)距平值的日變化特征，就可以了解湖陸風(fēng)發(fā)生規(guī)律。

2 湖陸風(fēng)特征分析

2.1 湖陸風(fēng)日變化特征

分析岳陽(yáng)站2017年 6 月—2019年 5 月逐時(shí)風(fēng)資料可知（圖2），u的日變化有明顯的規(guī)律性，09—18時(shí)為正距平（西風(fēng)、湖風(fēng)），13時(shí)最強(qiáng)湖風(fēng)風(fēng)速為0.95 m·s-1，19—08時(shí)為負(fù)距平（東風(fēng)、陸風(fēng)），05時(shí)最強(qiáng)陸風(fēng)風(fēng)速為-0.48 m·s-1，湖風(fēng)強(qiáng)于陸風(fēng)；由于u的全日年平均值僅為-0.2 m·s-1，因此實(shí)際湖陸風(fēng)也是相當(dāng)明顯的，湖風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8 h。v的日變化也有明顯的規(guī)律性，13—21時(shí)為正距平（北風(fēng)），16時(shí)最強(qiáng)正距平達(dá)0.36 m·s-1，22—12時(shí)為負(fù)距平（南風(fēng)），07時(shí)最強(qiáng)負(fù)距平達(dá)-0.22 m·s-1，即午后至初夜距平風(fēng)由城北吹向城南，持續(xù)9 h，夜間和上午由城南吹向城北，持續(xù)15 h。由于v全日年平均值為0.65 m·s-1，從圖可以看出全日實(shí)際風(fēng)均為北風(fēng)，只是午后更強(qiáng)。這主要是由于岳陽(yáng)城市中心位于岳陽(yáng)站東南部，午后在城市熱島效應(yīng)作用下，岳陽(yáng)站附近地區(qū)氣溫南高北低形成的。

圖2 2017年6月—2019年5月岳陽(yáng)站平均風(fēng)速逐時(shí)變化Fig. 2 Hourly variation of average wind speed at Yueyang Station from June 2017 to May 2019

2.2 湖陸風(fēng)季節(jié)特征

東洞庭湖水位隨季節(jié)變化明顯，湖水面積冬小夏大，主汛期6—8月最大，因此探討湖陸風(fēng)季節(jié)特征時(shí)采用以下分季方法：春季（3—5月） ，夏季（6—8月），秋季（9—11月），冬季 （12月—次年 2月）。

分析岳陽(yáng)站2017年6月—2019年5月兩年逐時(shí)風(fēng)資料（圖3）可知， 岳陽(yáng)站春、夏、秋、冬季四季u全日平均值分別為-0.22、0.26、-0.29、-0.56 m·s-1，日振幅分別為1.71、2.13、1.06、1.07 m·s-1，實(shí)際西風(fēng)持續(xù)時(shí)間分別為8、10、7、3 h，全日西風(fēng)正距平（湖風(fēng)）總和分別為6.55、8.01、3.99、3.42 m·s-1，可見湖陸風(fēng)夏季最強(qiáng)、冬季最弱。四季v全日平均值分別為0.17、-0.41、1.43、1.43 m·s-1，日振幅分別為0.61、0.95、0.72、0.50 m·s-1，實(shí)際北風(fēng)持續(xù)時(shí)間分別為20、4、24、24 h，全日北風(fēng)正距平總和分別為1.67、2.93、1.90、1.26 m·s-1，可見城市熱島效應(yīng)夏季最強(qiáng)、冬季最弱。

圖3 2017年6月—2019年5月岳陽(yáng)站四季逐時(shí)平均風(fēng)速日變化Fig. 3 Diurnal variation of hourly average wind speed at Yueyang station from June 2017 to May 2019

從圖3可以看出，夏、秋、冬季湖風(fēng)（西風(fēng)）在12—13時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，這是因?yàn)?2—13時(shí)城市下班交通高峰、午餐烹調(diào)高峰等與太陽(yáng)輻射疊加形成城市熱島高峰，湖陸溫差達(dá)到最大所致。春季由于上午降水較多、對(duì)流較強(qiáng)，故城市熱島中午高峰較弱； 14—15時(shí)上班交通高峰與太陽(yáng)輻射疊加時(shí)城市熱島最強(qiáng)，因此湖風(fēng)最強(qiáng)。

將2017年 6 月— 2019年 5 月每月15日08時(shí)東洞庭湖出口城陵磯水位按季節(jié)求算術(shù)平均值，得到春、夏、秋、冬四季水位分別為24.39、29.04、25.32、21.7 m。從四季水位數(shù)據(jù)可以看出，水位高低及湖水面積大小不是湖陸風(fēng)強(qiáng)弱的主要成因。

圖4 2017年6月—2019年5月岳陽(yáng)站四季的風(fēng)向頻率玫瑰圖（每圈間隔7%）Fig. 4 Wind direction frequency rose map of the four seasons at Yueyang Station from June 2017 to May 2019(7% interval per lap)

表1 2017年6月—2019年5月四季湖風(fēng)（西風(fēng)正距平）、城市熱島（北風(fēng)正距平）與16個(gè)方位風(fēng)向頻率序列相關(guān)系數(shù)表Table 1 Coefficient tables of correlation between four seasons lake wind (westerly positive anomaly), urban heat island(northerly positive anomaly) and 16 azimuth wind direction frequency series from June 2017 to May 2019

計(jì)算岳陽(yáng)站春、夏、秋、冬四季西風(fēng)（湖風(fēng)）正距平總和序列6.55、8.01、3.99、3.42 m·s-1與2017年6月—2019年5月16個(gè)方位四季的風(fēng)向頻率（圖4）序列的相關(guān)系數(shù)（表1），得出偏南風(fēng)、偏西風(fēng)（包括NNW）與湖風(fēng)強(qiáng)度呈明顯正相關(guān)，東北風(fēng)（包括NW）與湖風(fēng)強(qiáng)度呈明顯負(fù)相關(guān)，即暖、濕系統(tǒng)（氣候背景風(fēng)）越強(qiáng)，湖風(fēng)越強(qiáng)；冷、干系統(tǒng)越強(qiáng)，湖風(fēng)越弱，并且系統(tǒng)冷暖（南北風(fēng)頻率）起主導(dǎo)作用。計(jì)算岳陽(yáng)站四季北風(fēng)正距平總和序列1.67、2.93、1.90、1.26 m·s-1與2017年6月—2019年5月16個(gè)方位四季的風(fēng)向頻率序列的相關(guān)系數(shù)，得出偏西風(fēng)（包括NNW）、偏南風(fēng)與城市熱島強(qiáng)度呈明顯正相關(guān)，東部陸地刮來(lái)的東風(fēng)（包括NW）、北偏東風(fēng)與城市熱島強(qiáng)度呈明顯負(fù)相關(guān)，因此濕、暖系統(tǒng)越強(qiáng)，城市熱島越強(qiáng)；干、冷系統(tǒng)越強(qiáng)，城市熱島越弱，并且系統(tǒng)干濕（湖陸風(fēng)頻率）起主導(dǎo)作用。同時(shí)可以看出岳陽(yáng)城市熱島與湖風(fēng)強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)。

3 夏季湖陸風(fēng)特征

3.1 氣溫

3.1.1 水平分布特征

南岳 湖陽(yáng)(b) 湖邊穆湖鋪隆鹿慶角蓮場(chǎng)

扁山 煤炭灣(a) 湖

湘(c) 遠(yuǎn)湖雨山湖心堡

10 m(d) 垂直分布30 m 50 m 60 m 70 m

圖5 2017年8月4—23日東洞庭湖區(qū)逐時(shí)氣溫分布圖Fig. 5 Hourly temperature distribution of East Dongting Lake area during 4 August to 23 August 2017

分析2017年8月4—23日逐時(shí)平均氣溫日變化（圖5）可知：煤炭灣與扁山湖心燈塔站日平均最低氣溫為27.7 ℃、27.8 ℃，分別出現(xiàn)在07、06時(shí)；濱湖岳陽(yáng)站、南湖站日平均最低氣溫為28.0 ℃、27.8 ℃，略高于湖心，其他各站均低于湖心，風(fēng)雨山、良心堡日平均最低氣溫分別為26.2 ℃、26.7 ℃，比湖心低1℃以上，湖邊及較遠(yuǎn)地區(qū)最低氣溫均出現(xiàn)在06時(shí)。煤炭灣與扁山站日平均最高氣溫為31.2 ℃、31.0 ℃，均出現(xiàn)在17時(shí)；受白天湖風(fēng)影響，岳陽(yáng)站最高氣溫31.6 ℃，略高于湖心；其他湖邊站及較遠(yuǎn)地區(qū)最高氣溫均出現(xiàn)在16時(shí)以前，達(dá)32 ℃以上?？偠灾?，湖心氣溫日較差小于周邊陸地。

3.1.2 垂直分布特征

從測(cè)風(fēng)塔氣溫資料（圖5）可知，白天氣溫隨高度降低，中午前后降溫幅度最大，12時(shí)10 m高度氣溫比70 m高度高0.8 ℃；夜晚氣溫則以10 m最低，30～70 m溫差很小，并以60 m氣溫最高，23時(shí)60 m氣溫比10 m高0.7℃。氣溫隨著高度升高而下降的一般規(guī)律是：從地面到高空11 km時(shí)，每升高1 km氣溫下降6 ℃，由上述氣溫晝夜變化可知，湖面上空中午降溫幅度明顯大于一般規(guī)律，夜晚出現(xiàn)明顯的逆溫層，這表明湖面上空白天為下沉氣流，12時(shí)左右最強(qiáng)；夜晚為上升氣流，23時(shí)左右最強(qiáng)。

3.1.3 湖（水）面反光增溫效應(yīng)

湖（水）面如鏡，白天太陽(yáng)光照射在湖（水）面上發(fā)生反射作用，反射到湖區(qū)上空充沛的水汽、氣溶膠上以及周邊陸地建筑物、樹木植被、丘陵山脈等，使得一定時(shí)空范圍內(nèi)氣溫升高，以早晨和傍晚最明顯。從圖6可以看出，岳陽(yáng)站西部湖面反光明顯，且2019年7月21日16：56的反射強(qiáng)度明顯強(qiáng)于16：29。例如2017年8月4—23日08—09時(shí)東洞庭湖與悅來(lái)湖西部良心堡站平均氣溫升高1.4 ℃，而東岸的岳陽(yáng)站、七里山船舶站升溫僅0.8、0.7 ℃，傍晚16—17時(shí)岳陽(yáng)站、七里山船舶站氣溫升高0.05 ℃，而良心堡站氣溫下降0.9 ℃。湖心最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間明顯晚于陸地，也主要是傍晚強(qiáng)盛的湖面反光增溫效應(yīng)和湖陸風(fēng)鋒面向湖面移動(dòng)的疊加影響所致。

岳陽(yáng)、扁山、煤炭灣、臨湘站2018年1月、4月逐時(shí)氣溫分布如圖7所示，1月午后最高氣溫從高到低依次為臨湘6.24 ℃、煤炭灣5.59 ℃、岳陽(yáng)5.57 ℃、扁山5.33 ℃，傍晚17—18時(shí)氣溫降幅大小依次為臨湘0.65 ℃、岳陽(yáng)0.49 ℃、煤炭灣0.24 ℃、扁山0.19 ℃。臨湘站位于丘陵山區(qū)，氣溫日較差最大、傍晚降幅最大；該時(shí)段岳陽(yáng)站主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹NE，其次為N、NE，在主導(dǎo)風(fēng)向控制下，湖面反光增溫效應(yīng)與湖風(fēng)對(duì)岳陽(yáng)站影響較小，因此岳陽(yáng)站氣溫日較差與傍晚降幅較大；扁山站位于湖心島燈塔上，四周為寬廣湖面，因此氣溫日較差最小，傍晚受湖面反光增溫效應(yīng)影響，氣溫下降緩慢、降幅最??；該時(shí)期東洞庭湖出口城陵磯水位維持在20～21.5 m，湖區(qū)露出大面積泥涂、沙洲，煤炭灣站位于沙洲上，東側(cè)為湖面，西側(cè)為大面積泥涂區(qū)，同時(shí)受水面、沙洲與泥涂等影響，因此氣溫日較差、傍晚降幅大于扁山站。岳陽(yáng)、扁山、煤炭灣3站20—21時(shí)氣溫略有上升，是因?yàn)樵撛?0—21時(shí)有十多次強(qiáng)弱不同的日周期性暖鋒影響（其他要素亦然）。4月東洞庭湖區(qū)偏南風(fēng)已占主導(dǎo)地位，城陵磯水位大部分時(shí)候在22～24 m，湖區(qū)沙洲基本淹沒(méi)，泥涂面積減小、濕度增大。東南風(fēng)致使岳陽(yáng)站、扁山站受城市熱島效應(yīng)影響，早晨前后氣溫較高；西南風(fēng)致使湖風(fēng)吹向岳陽(yáng)站，下午到傍晚岳陽(yáng)、扁山、煤炭灣三站環(huán)境背景與湖面反光增溫效應(yīng)基本一致，因此氣溫差別很小。

圖6 2019年7月21日岳陽(yáng)站西邊東洞庭湖實(shí)景（a）16：29；（b）16：56Fig. 6 The scene of East Dongting Lake in the west of Yueyang Station on 21 July 2019(a) 16:29; (b) 16:56

圖7 2018年1月、4月東洞庭湖區(qū)逐時(shí)氣溫演變圖Fig. 7 Hourly temperature distribution map of East Dongting Lake area in January and April 2018

3.2 湖陸風(fēng)

分析2017年8月4—23日東洞庭湖東、西、南、北、湖心以及測(cè)風(fēng)塔不同高度逐時(shí)平均風(fēng)向風(fēng)速日變化，得到以下結(jié)果。

3.2.1 東部

湖區(qū)東部岳陽(yáng)、鹿角、南湖、臨湘站逐時(shí)平均風(fēng)速日變化如圖8所示，4站逐時(shí)平均u的日振幅分別為2.38、1.22、1.66、0.94 m·s-1，全日平均值為0.20、-0.23、0.49、0.46 m·s-1，正距平時(shí)段為10—18、09—17、08—17、11—17時(shí)，西風(fēng)正距平（湖風(fēng)）總和分別為8.08、4.18、4.6、2.33 m·s-1?？梢娙兆兓忻黠@的規(guī)律性，u分量白天為正距平西風(fēng)，由湖面吹向陸地；夜間和清晨為負(fù)距平東風(fēng)，由陸地吹向湖面，岳陽(yáng)站湖陸風(fēng)最強(qiáng)、南湖次之，隨著與湖面距離的增加，湖陸風(fēng)逐漸減弱，但持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，從圖8可以看出實(shí)際湖陸風(fēng)也是相當(dāng)顯著的。

圖8 2017年8月4—23日東洞庭湖東部逐時(shí)平均風(fēng)速日變化Fig. 8 Diurnal variation of hourly average wind speed in eastern Dongting Lake during 4 August to 23 August 2017

4站逐時(shí)平均v的日振幅分別為1.09、0.99、1.20、1.40 m·s-1，全日平均值為-1.33、-0.85、-0.75、-1.06 m·s-1，正距平時(shí)段為14—21、15—22、14—22、17—07時(shí)（04時(shí)除外），北風(fēng)正距平總和分別為3.26、2.19、3.39、3.85 m·s-1。v分量正距平北風(fēng)持續(xù)時(shí)間以岳陽(yáng)、鹿角8 h最短、臨湘14 h最長(zhǎng)，振幅、北風(fēng)正距平總和以臨湘最大、鹿角最小。臨湘站北部為丘陵、南部為城區(qū)，南北風(fēng)轉(zhuǎn)換是山谷風(fēng)與城市熱島效應(yīng)相疊加形成的；岳陽(yáng)站西部為東洞庭湖，東北部為岳陽(yáng)樓景區(qū)以及郊區(qū)，東南部為城市中心、較遠(yuǎn)處為南湖和南部丘陵山區(qū)，南北風(fēng)轉(zhuǎn)換主要是城市熱島效應(yīng)、南湖下午到傍晚反光增溫效應(yīng)疊加形成的，因此北風(fēng)正距平較大值從下午16時(shí)持續(xù)到20時(shí)；南湖站位于岳陽(yáng)市區(qū)南部邊緣、南部為南湖，稍遠(yuǎn)為丘陵山區(qū)，南北風(fēng)轉(zhuǎn)換主要是南湖湖陸風(fēng)、山谷風(fēng)與南湖下午到傍晚反光增溫效應(yīng)疊加形成的，與岳陽(yáng)站相似但正距平較大值位相提前約1 h；因?yàn)樵撜灸喜渴軚|南—西北向的龍山等山脈阻擋，故南風(fēng)風(fēng)速較小。鹿角鎮(zhèn)呈向東洞庭湖突出的鹿角狀，鹿角站東南部百余米有較大池塘、西南部距離洞庭湖水體僅百余米，南北風(fēng)轉(zhuǎn)換主要是湖陸風(fēng)效應(yīng)和湖（水）面反光增溫效應(yīng)疊加形成的；鹿角站位于岳陽(yáng)縣地方海事處院內(nèi)，受建筑物與樹木遮擋影響較大，因此風(fēng)速較小。從圖8可以看出，上述4站實(shí)際上都吹南風(fēng)，南北風(fēng)距平轉(zhuǎn)換實(shí)際表現(xiàn)為南風(fēng)風(fēng)速大小的日周期性變化。

3.2.2 西部

湖區(qū)西部良心堡站逐時(shí)平均風(fēng)速日變化如圖9所示，逐時(shí)平均u的日振幅為0.85 m·s-1，全日平均值為-0.60 m·s-1，負(fù)距平時(shí)段為09—16時(shí)，風(fēng)速總和為1.96 m·s-1，實(shí)際東風(fēng)持續(xù)時(shí)間24 h?？梢妘分量白天為負(fù)距平東風(fēng)，由湖面吹向西部陸地；夜晚到清晨為正距平西風(fēng)，由西部陸地吹向湖面。由于河湖密布，導(dǎo)致影響因素較多，故呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)。良心堡東部有東北～西南向悅來(lái)湖，受早晨湖面反光增溫效應(yīng)影響，氣溫西高東低明顯，因此最強(qiáng)湖風(fēng)出現(xiàn)在09時(shí)，負(fù)距平達(dá)-0.48 m·s-1，實(shí)際東風(fēng)1.08 m·s-1。逐時(shí)平均v的日振幅為0.69 m·s-1，全日平均值為0.16 m·s-1，較明顯正距平時(shí)段為16—00時(shí)，負(fù)距平時(shí)段為10—15時(shí)。v分量傍晚前后為正距平，中午前后為負(fù)距平，北風(fēng)正距平持續(xù)時(shí)間為9 h，南風(fēng)最強(qiáng)負(fù)距平-0.37 m·s-1，這主要是由良心堡北部七女峰、桃花山等山脈丘陵形成的山谷風(fēng)造成的。

隆慶蓮場(chǎng)站逐時(shí)平均u的日振幅為1.41 m·s-1，全日平均值為弱西風(fēng)0.19 m·s-1， 08—16時(shí)為正距平西風(fēng)，17—07時(shí)（00時(shí)除外）u為負(fù)距平，與良心堡明顯不同。由于隆慶蓮場(chǎng)站西邊為蓮場(chǎng)水體，東部靠近東洞庭湖，故日出后首先受湖面反光增溫效應(yīng)影響，氣溫西低東高，之后受西湖東陸大地形影響，西風(fēng)逐漸增大，13—14時(shí)u正距平達(dá)0.74 m·s-1；傍晚前后，蓮場(chǎng)水體東部因反光效應(yīng)增溫，東洞庭湖西部氣溫則明顯下降，該站附近氣溫東低西高，u東風(fēng)負(fù)距平傍晚以后達(dá)到最大，20時(shí)達(dá)-0.67 m·s-1，從圖9可以看出，實(shí)際湖陸風(fēng)的日周期性變化是相當(dāng)明顯的。該站逐時(shí)平均v的日振幅為0.79 m·s-1，全日平均值為南風(fēng)-0.95 m·s-1，18—01時(shí)為正距平， 08—13時(shí)為負(fù)距平，與良心堡相似，但南風(fēng)較大。

3.2.3 南部

圖9 2017年8月4—23日東洞庭湖西部逐時(shí)平均風(fēng)速日變化Fig. 9 Diurnal variation of hourly average wind speed in the west of East Dongting Lake during 4 August to 23 August 2017

湖區(qū)南部漉湖站（圖10）逐時(shí)平均u的日振幅為1.15 m·s-1，全日平均值為東風(fēng)-0.72 m·s-1，16—23時(shí)為正距平， 08—13時(shí)為負(fù)距平。逐時(shí)平均v的日振幅為0.68 m·s-1，全日平均值為弱北風(fēng)0.20 m·s-1，07—12時(shí)為正距平，13—19時(shí)為負(fù)距平。由于漉湖站南邊為草尾河、東部靠近湘江，故日出后首先受草尾河、湘江水面、漉湖等向西反光增溫效應(yīng)和弱東北背景風(fēng)影響，站點(diǎn)附近氣溫西南高東北低，東北風(fēng)逐漸增大，12時(shí)u負(fù)距平達(dá)-0.59 m·s-1，10時(shí)v正距平達(dá)0.44 m·s-1；午后主要受湘江、洞庭湖水面等向東反光增溫效應(yīng)和東北方麻布大山丘陵山脈大地形疊加影響，該站附近氣溫東北高西南低，西南風(fēng)逐漸增大，u正距平20時(shí)達(dá)0.55 m·s-1，且午后到傍晚為較弱的南風(fēng)負(fù)距平。從圖10可以看出，漉湖站實(shí)際上以東偏北風(fēng)為主，風(fēng)距平轉(zhuǎn)換表現(xiàn)為東偏北風(fēng)風(fēng)速大小的日周期性變化。

3.2.4 北部

湖區(qū)北部穆湖鋪站（圖10）逐時(shí)平均u的日振幅為0.65 m·s-1，全日平均值為弱東風(fēng)-0.11 m·s-1，09—16時(shí)為正距平，17—08時(shí)u為負(fù)距平。逐時(shí)平均v的日振幅為1.54 m·s-1，全日平均值為南風(fēng)-1.19 m·s-1，13—21時(shí)為正距平，22—12時(shí)為負(fù)距平。由于穆湖鋪南部為湖面，東部為岳陽(yáng)市北部郊區(qū)、稍遠(yuǎn)為丘陵山脈，東南部為岳陽(yáng)市區(qū)，故白天氣溫西南低東北高，受湖風(fēng)、谷風(fēng)影響，西南風(fēng)較大，11時(shí)u正距平西風(fēng)達(dá)0.40 m·s-1，09時(shí)v負(fù)距平南風(fēng)達(dá)-0.52 m·s-1；午后受湖面反光增溫效應(yīng)、岳陽(yáng)城市熱島效應(yīng)和南湖北陸大地形影響，該站附近氣溫逐漸轉(zhuǎn)為南高北低，v正距平北風(fēng)午后到傍晚十分明顯，18時(shí)高達(dá)0.92 m·s-1，從圖10可以看出，穆湖鋪站實(shí)際上以南偏東風(fēng)為主，白天出現(xiàn)弱西風(fēng)，下午到初夜南風(fēng)明顯減小，南風(fēng)風(fēng)速大小的日周期性變化明顯。

3.2.5 湖心

湖心煤炭灣、扁山站（圖10）逐時(shí)平均u的日振幅分別為1.74、1.36 m·s-1，全日平均值為-0.16、0.65 m·s-1，即煤炭灣為弱東風(fēng)、扁山為西風(fēng)；日變化有較明顯的規(guī)律性，煤炭灣09—18時(shí)為正距平，扁山23—11時(shí)為正距平。逐時(shí)平均v的日振幅分別為2.76、3.39 m·s-1，全日平均值為明顯的南風(fēng)-3.0、-1.88 m·s-1，日變化規(guī)律相似，11—21、10—19時(shí)為正距平。由于煤炭灣東南部為距東洞庭湖較近的麻布大山丘陵山脈主體，故白天湖風(fēng)、谷風(fēng)疊加形成西北風(fēng)， 13時(shí)u正距平西風(fēng)達(dá)0.99 m·s-1，16時(shí)v正距平北風(fēng)達(dá)1.58 m·s-1，夜晚則轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，負(fù)距平均較小，即陸風(fēng)、山風(fēng)較小。由于扁山站西部為寬廣湖面，北偏西部為扁山小島、東部為南湖、東北部為岳陽(yáng)市區(qū)、東南部為南湖新區(qū)，受南湖水體及城市熱島效應(yīng)等綜合影響，扁山站東西向溫差較小，湖陸風(fēng)較弱；由于扁山東偏北部到南湖之間有甑璧山、月山等較小范圍丘陵，東南部為大范圍丘陵山脈，且距離陸地較煤炭灣近，因此上午湖風(fēng)與谷風(fēng)疊加形成西北風(fēng)，出現(xiàn)時(shí)間較煤炭灣早；下午甑璧山、月山、扁山島等小范圍丘陵?yáng)|側(cè)背陽(yáng)面氣溫下降較快，西南部湖心氣溫上升，扁山站氣溫東北低、西南高，山風(fēng)與陸風(fēng)疊加形成東北風(fēng)，17時(shí)u負(fù)距平東風(fēng)達(dá)-0.82 m·s-1，v正距平北風(fēng)達(dá)1.53 m·s-1。從圖10可見，煤炭灣站實(shí)際湖陸風(fēng)轉(zhuǎn)換明顯，扁山站僅17—18時(shí)出現(xiàn)弱東風(fēng)（陸風(fēng)）；湖心南北距平風(fēng)變化明顯，實(shí)際表現(xiàn)為南風(fēng)風(fēng)速晝小夜大。

3.2.6 測(cè)風(fēng)塔

測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速（圖1 1）u分量白天為西風(fēng)，10～60 m高度維持約14 h，200 m高度維持7 h；湖風(fēng)（西風(fēng)）隨高度先增大后減小，午后14時(shí)60 m最大為1.85 m·s-1，200 m上空仍有1.04 m·s-1。夜晚60 m以下風(fēng)速較小，200 m上空則為明顯的東風(fēng)（陸風(fēng)），21時(shí)達(dá)2.15 m·s-1。近地面東風(fēng)較弱的主要原因是湖東七里山丘陵、高樓大廈等建筑物、樹木植被等阻擋摩擦造成的。風(fēng)速v分量下午至初夜正距平較強(qiáng)，峰值出現(xiàn)在18—19時(shí)，200 m上空更加明顯，19時(shí)正距平北風(fēng)高達(dá)1.49 m·s-1。大橋西側(cè)測(cè)風(fēng)塔10～60 m正距平北風(fēng)峰值主要和東洞庭湖主體位于測(cè)風(fēng)塔以南、湖面反光增溫效應(yīng)致使氣溫南高北低有關(guān)；大橋東岸200 m測(cè)風(fēng)塔南部為岳陽(yáng)市區(qū)，傍晚18—19時(shí)下班交通高峰、晚餐烹調(diào)高峰等疊加形成城市熱島高峰，加之東洞庭湖主體位于測(cè)風(fēng)塔西南以及湖面反光增溫效應(yīng)，致使測(cè)站附近氣溫南高北低顯著，因此200 m正距平北風(fēng)最大峰值出現(xiàn)在19時(shí)，12時(shí)、14時(shí)為城市熱島效應(yīng)高峰，亦出現(xiàn)相應(yīng)峰值。夜晚60 m高度以下v風(fēng)速隨高度波動(dòng)加大，200 m上空為明顯的南風(fēng)，03時(shí)達(dá)-4.86 m·s-1。

(b) 穆湖鋪u v u全日平均值v全日平均值

0 4 8 12 16 20時(shí)間(c) 煤炭灣u v u全日平均值v全日平均值

時(shí)間(d)扁山u v u全日平均值v全日平1-1-3-5

圖10 2017年8月4—23日東洞庭湖南部、北部、湖心逐時(shí)平均風(fēng)速日變化Fig.10 Diurnal variation of hourly average wind speed in the south, north, lake center of East Dongting Lake during 4 August to 23 August 2017

3.2.7 不同位置湖風(fēng)的差別

通過(guò)比較各個(gè)站點(diǎn)的逐時(shí)風(fēng)日變化可知，地理環(huán)境差異越明顯，其湖陸風(fēng)效應(yīng)越顯著，如東洞庭湖東部為丘陵山區(qū)，西部為湖區(qū)，因此東北方向的岳陽(yáng)、南湖、穆湖鋪、煤炭灣站與洞庭湖大橋測(cè)風(fēng)塔等站湖陸風(fēng)顯著，其他方向則不太明顯；地理環(huán)境復(fù)雜，其湖陸風(fēng)效應(yīng)相應(yīng)也變得復(fù)雜，測(cè)站附近小微尺度水體、山丘、建筑物與植被等都可能造成較大影響，如隆慶蓮場(chǎng)、良心堡、扁山、鹿角與漉湖站等，需要進(jìn)行實(shí)地考察分析研究，才能了解其真實(shí)成因。

測(cè)站越高、探測(cè)環(huán)境越開闊，風(fēng)速越大，如煤炭灣、扁山、岳陽(yáng)站與大橋東岸200 m測(cè)風(fēng)塔等；湖面上空風(fēng)速大小隨高度呈波動(dòng)性變化（表2），與劉電英等[4]研究結(jié)論相似。

表2 洞庭湖大橋測(cè)風(fēng)塔各高度風(fēng)速（單位：m·s-1）Table 2 Wind velocities at different heights of wind tower of Dongting Lake Bridge (unit: m·s-1)

3.3 相對(duì)濕度

從圖12可以看出，湖面上空逐時(shí)平均相對(duì)濕度差異明顯，大橋西側(cè)測(cè)風(fēng)塔位于洞庭湖出口西側(cè)蘆葦灘中，距離濕地10 m，西部為長(zhǎng)江彎道水面，因此相對(duì)濕度最大；七里山船舶站位于大橋東側(cè)船舶頂上，距離水面約10 m，東南部靠近陸地及岳陽(yáng)市區(qū)，相對(duì)濕度較??；煤炭灣與扁山站位于湖心燈塔上，距離水面二十余米，相對(duì)濕度最小，20時(shí)煤炭灣與測(cè)風(fēng)塔濕度相差最大達(dá)13.3%，11時(shí)相差最小為7.5%。這表明湖面相對(duì)濕度隨高度增加迅速減??；受湖陸風(fēng)環(huán)流等影響，白天濕度下降，下午最?。灰雇頋穸壬仙?，凌晨濕度最大。

岳陽(yáng)站受湖陸風(fēng)與城市建筑影響明顯，白天湖風(fēng)（西風(fēng)）控制時(shí)相對(duì)濕度明顯大于遠(yuǎn)離湖區(qū)的臨湘與華容站，晚上陸風(fēng)控制時(shí)，因城市建筑物、道路固化、植被與水體較少，導(dǎo)致濕度明顯偏小。鹿角站西部為洞庭湖，東南部、東北部亦有較大面積池塘水體，因此相對(duì)濕度始終較大。

圖11 2017年8月4—23日洞庭湖大橋測(cè)風(fēng)塔逐時(shí)平均風(fēng)速日變化Fig. 11 Daily variation of hourly average wind speed in wind tower of Dongting Lake Bridge during 4 August to 23 August 2017

圖12 2017年8月4—23日東洞庭湖區(qū)逐時(shí)平均相對(duì)濕度日變化Fig. 12 Diurnal variation of hourly average relative humidity in East Dongting Lake area during 4 August to 23 August 2017

4 小結(jié)與討論

1）岳陽(yáng)站存在明顯的湖陸風(fēng)，夏季最強(qiáng)、春季次之，冬季最弱；受城市熱島效應(yīng)疊加影響，夏、秋、冬季最強(qiáng)湖風(fēng)出現(xiàn)在中午前后。由于城市熱島效應(yīng)等，岳陽(yáng)站午后到傍晚存在南北風(fēng)距平轉(zhuǎn)換，春夏季出現(xiàn)實(shí)際南北風(fēng)風(fēng)向轉(zhuǎn)變。岳陽(yáng)站湖風(fēng)大小和南風(fēng)頻率正相關(guān)，城市熱島和湖風(fēng)頻率正相關(guān)，湖陸風(fēng)與城市熱島效應(yīng)相輔相成。

2）湖心與周邊陸地水平溫差存在晝夜反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，湖心氣溫日較差小，周邊陸地氣溫日較差大。湖面反光增溫效應(yīng)致使一定時(shí)空范圍內(nèi)氣溫上升。湖面上空氣溫白天隨高度逐漸降低，中午前后降溫幅度最大，夜晚出現(xiàn)明顯的逆溫層，這表明湖面上空白天為下沉氣流，夜晚為上升氣流。

3）夏季湖陸風(fēng)明顯，受洞庭湖東部大范圍丘陵山脈影響，東北部更加顯著。洞庭湖大橋附近上空東西向湖風(fēng)隨高度先增強(qiáng)后減小，60 m高度最強(qiáng)；南北方向城市熱島與湖面反光增溫效應(yīng)疊加影響隨高度上升逐漸明顯，200 m高度更加顯著，12時(shí)、14時(shí)、尤其是18—19時(shí)城市熱島效應(yīng)高峰得到清晰展現(xiàn)。

4）湖面相對(duì)濕度隨高度迅速減小，湖心相對(duì)濕度較大，湖邊相對(duì)濕度較??；岳陽(yáng)站受湖風(fēng)與城市干燥環(huán)境交替影響，白天相對(duì)濕度偏大，夜晚相對(duì)濕度偏?。宦菇钦局苓吽w較多，相對(duì)濕度始終偏大。測(cè)站氣象要素演變受附近小微尺度水體、山丘、建筑物、樹木植等影響較大。

致謝：湖南省益陽(yáng)市氣象局楊令女士、華容縣氣象局侯勇軍、蘇韜先生以及謝學(xué)武先生等提供相關(guān)資料，英國(guó)考文垂大學(xué)李福嘉博士為本文整理相關(guān)資料，在此特表感謝。