大連渤海浮標站與沿岸陸地站風(fēng)況特征對比分析

蔡冬梅，宋若寧

(1.大連市氣象局，遼寧 大連 116600；2.大連市金普新區(qū)氣象局，遼寧 大連 116600)

1 引言

大連市位于中國遼東半島最南端，東瀕黃海，西臨渤海，處于環(huán)渤海地區(qū)的圈首，環(huán)渤海地區(qū)位于中國沿太平洋西岸的北部，是中國北部沿海的黃金海岸，在中國對外開放的沿海發(fā)展戰(zhàn)略中，占重要地位。環(huán)渤海地區(qū)擁有豐富的海洋資源、礦產(chǎn)資源、油氣資源、煤炭資源和旅游資源。沿海大風(fēng)預(yù)報與航運、旅游、漁業(yè)等息息相關(guān)，因此，研究渤海大風(fēng)的特點，提高海區(qū)預(yù)報的準確性，對經(jīng)濟發(fā)展及防災(zāi)減災(zāi)有著重要的意義。

由于海洋資料獲取難度很大，造成海上氣象要素的預(yù)報、研究等方面的困難。近幾年，中國隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，在海上開始陸續(xù)放置了浮標站，雖然數(shù)量較少且年限短，且有缺測現(xiàn)象，但得到的觀測資料非常寶貴。國內(nèi)已有許多學(xué)者對浮標站資料進行了研究[1～5]，也有很多專家分析了渤海風(fēng)況和海陸大風(fēng)的差異[6～15]。

2 資料來源

本文選取2009年在渤海上投放的54558浮標站的資料進行分析，該站位于渤海中部，120°35′00″E，39°15′00″N(圖1)，能很好地代表渤海的風(fēng)場情況。根據(jù)浮標站的緯度選取大連瓦房店站和旅順站2個渤海沿海站與浮標站進行風(fēng)力對比分析研究，瓦房店站較浮標站稍偏北，旅順站則在渤海海峽內(nèi)，兩站均風(fēng)力較大，可作為海上風(fēng)力預(yù)報參考。

浮標站于2009年7月份開始正常觀測，2010年1～8月份因儀器故障進行維修無觀測資料，9月份恢復(fù)正常觀測，本文使用的是浮標站2011～2017年7年風(fēng)的資料，這段時間海上風(fēng)的觀測數(shù)據(jù)連續(xù)、完整。浮標站、瓦房店站和旅順站的風(fēng)資料均來自大連市氣象信息中心。主要分析資料有：月、季平均風(fēng)速、16方位年最大風(fēng)速、年最大風(fēng)向風(fēng)速及出現(xiàn)時間、大風(fēng)日數(shù)、極大風(fēng)速風(fēng)向資料(最大風(fēng)速是指1 d內(nèi)10 min 的平均風(fēng)速的最大值，而極大風(fēng)速是指1 d內(nèi)3 s平均風(fēng)速的最大值)。四季資料以3、4、5月份為春季，6、7、8月份為夏季，9、10、11月份為秋季，12月份～翌年1、2月份為冬季來統(tǒng)計。本文依據(jù)蒲福風(fēng)力表，規(guī)定10 min 平均最大風(fēng)速超過6級(≥10.8 m/s)為大風(fēng)。大風(fēng)日數(shù)即為出現(xiàn)大風(fēng)的天數(shù)。

由于海陸下墊面的差異等原因,浮標站和沿海自動站觀測的氣象資料必然存在差異(圖1)。差異有多大,相關(guān)性如何?本文通過對海陸風(fēng)的對比分析研究，進而得出海陸風(fēng)的對應(yīng)關(guān)系，以期為預(yù)報員今后利用海中和陸地的加密觀測資料進行海上風(fēng)的預(yù)報提供參考依據(jù)。

圖1 浮標站位置分布

3 浮標站風(fēng)況特征分析

3.1 浮標站風(fēng)向特征

通過浮標站2011～2017年累年風(fēng)向玫瑰圖(圖2)可以看出：浮標站主導(dǎo)風(fēng)向為WSW，次主導(dǎo)風(fēng)向為N。分析這兩個方向風(fēng)頻較高的原因為，受地形因素限制少，同時受到海流走向的影響，浮標站所處位置海流主要以WSW及N走向為主。

圖2 浮標站2011～2017年累年風(fēng)向玫瑰圖

3.2 浮標站風(fēng)速月變化

圖3為浮標站2011～2017年各月平均風(fēng)速的變化情況可見，浮標站整體風(fēng)速偏大，且存在一定的季節(jié)變化；10～12月份風(fēng)速明顯偏大，11、12月份為全年平均風(fēng)速最大的月份，平均風(fēng)速均為7.0 m/s，夏季6～8月份平均風(fēng)速明顯偏小。

圖3 浮標站平均風(fēng)速月變化

圖4為浮標站逐月大風(fēng)日數(shù)(最大風(fēng)速≥10.8 m/s的日數(shù))分布圖，趨勢基本與平均風(fēng)速的變化情況一致。由圖4可知,所有月份均有可能出現(xiàn)6級以上大風(fēng)，其中，11月份和12月份大風(fēng)日數(shù)最多，平均約為16 d，其次是1月份，平均約為15 d；6～8月份大風(fēng)日數(shù)較少，均在5 d以下。

圖4 浮標站大風(fēng)日數(shù)分布

4 海陸風(fēng)對比分析

4.1 三站月平均風(fēng)速特征分析

由三站累年月平均風(fēng)速變化圖(圖5)可以看出，平均風(fēng)速最大的站點為浮標站，其各月的平均風(fēng)速均明顯高于另外兩個站點。3個站點的季節(jié)變化相同。對比浮標站與另外2個站的變化曲線，其中，旅順站和浮標站的變化基本一致，1～3月份平均風(fēng)速呈下降趨勢，4月份達到第一個峰值后再次下降，在8月份平均風(fēng)速到達最小值，之后再次上升，在11月份達到最大值。而瓦房店站略有不同，1～4月份平均風(fēng)速呈上升趨勢,最大值出現(xiàn)在4月份，之后開始下降，在9月份平均風(fēng)速達到最小值，隨后再次上升，11月份后下降。

圖5 2011～2017年累年各月平均風(fēng)速

3個站的月平均速度曲線均出現(xiàn)兩個峰值，一個最小值，峰值均出現(xiàn)在4和11月份，旅順站和浮標站月平均風(fēng)速的最小值出現(xiàn)8月份，瓦房店站出現(xiàn)在9月份。旅順和瓦房店2個陸地沿海站月平均最大風(fēng)速與月平均最小風(fēng)速相差1.4 m/s，浮標站則相差2.8 m/s。

為進一步分析浮標站與其他兩個站平均風(fēng)速的關(guān)系，對浮標站和瓦房店站、旅順站分別做相關(guān)性分析，浮標站與瓦房店站的相關(guān)系數(shù)為0.013，浮標站與旅順站的相關(guān)系數(shù)為0.795，這證明旅順站和浮標站在平均風(fēng)速上確實有著較好的一致性。

4.2 三站大風(fēng)日數(shù)特征分析

由表1可知，2011～2017年浮標站年平均大風(fēng)日數(shù)為131.7 d，浮標站的6級以上大風(fēng)日數(shù)遠遠超過旅順站和瓦房店站，旅順站與瓦房店站的大風(fēng)日數(shù)基本持平，且均在2012年大風(fēng)日數(shù)最多，為15 d，在2017年大風(fēng)日數(shù)最少。浮標站2013年大風(fēng)日數(shù)異常偏少。

表1 浮標站、旅順站、瓦房店站2011～2017年6級以上大風(fēng)日數(shù) d

三站出現(xiàn)6級以上大風(fēng)日數(shù)的季節(jié)變化都十分明顯(表2)，規(guī)律卻不相同，浮標站在11、12、1月份大風(fēng)日數(shù)顯著偏多，而旅順站和瓦房店站在春季3～5月份大風(fēng)日數(shù)偏多，三站大風(fēng)日數(shù)偏少的月份均為7月份、8月份(瓦房店站1月、2月大風(fēng)日數(shù)也偏少)。

表2 浮標站、旅順站、瓦房店站2011～2017年各月6級以上大風(fēng)日數(shù)之和 d

4.3 三站最大風(fēng)速的變化分析

從表3 2011～2017年三站出現(xiàn)的最大風(fēng)速及風(fēng)向可以看出：瓦房店最大風(fēng)速出現(xiàn)在5月份，風(fēng)速20 m/s，風(fēng)向NW；旅順最大風(fēng)速出現(xiàn)在4月份，風(fēng)速14 m/s，風(fēng)向NNE；浮標站最大風(fēng)速出現(xiàn)在12月份，風(fēng)速25 m/s，風(fēng)向E。兩個陸地站的最大風(fēng)速出現(xiàn)在春季，浮標站出現(xiàn)在冬季。

表3 2011～2017年三站出現(xiàn)的最大風(fēng)速及風(fēng)向 m/s

4.4 三站最大風(fēng)速的季變化

從2011～2017年春夏秋冬三站最大風(fēng)速對比(圖6)來看，除2013年夏季外，浮標站的最大風(fēng)速均大于旅順站和瓦房店站。旅順站和瓦房店站春季最大風(fēng)速較其他三季略大，夏秋冬三季最大風(fēng)速基本持平。而浮標站在四季之中，秋季最大風(fēng)速最大，冬季次之，春季再次，夏季最小。四季之中，秋季和冬季三個站最大風(fēng)速的變化基本一致。

圖6 2011～2017年春夏秋冬三站最大風(fēng)速

4.5 三站極大風(fēng)速分析

除2017年浮標站極大風(fēng)速偏大，2個陸地站偏小外，其余6年3個站的累年年極大風(fēng)速趨勢基本一致，說明兩個陸地站受地形影響并不大，和浮標站具有一致性(圖7)。

圖7 2011～2017年三站年極大風(fēng)速

浮標站的極大風(fēng)速在19.9～27.0 m/s之間，瓦房店站的極大風(fēng)速在16.8～25.9 m/s之間，旅順站的極大風(fēng)速在16.9～27.9 m/s之間，浮標站的極值略高于兩個陸地站，但差距很小。極大風(fēng)速季節(jié)變化明顯，春季>秋季>冬季>夏季(圖8)。

圖8 2011～2017年三站月極大風(fēng)速

5 結(jié)果與討論

通過對浮標站7年資料的分析，以及和瓦房店站、旅順站的對比，得到以下結(jié)論：

(1)受渤海海流影響，浮標站所處位置海流主要以WSW及N走向為主。

(2)浮標站整體風(fēng)速偏大，且存在一定的季節(jié)變化，10～12月份平均風(fēng)速偏大，6～8月份偏小。所有月份均有可能出現(xiàn)6級以上大風(fēng)，其中11月份和12月份大風(fēng)日數(shù)最多。

(3)3個站點的平均風(fēng)速的季節(jié)變化相同。旅順站和浮標站在平均風(fēng)速上存在較好的一致性。旅順和瓦房店兩個陸地沿海站月平均最大風(fēng)速與月平均最小風(fēng)速相差1.4 m/s，浮標站相差2.8 m/s。

(4)2011～2017年浮標站年平均大風(fēng)日數(shù)為131.7 d，主要出現(xiàn)在11、12和1月份，遠遠超過旅順站和瓦房店站。旅順站與瓦房店站的大風(fēng)日數(shù)基本持平，兩個陸地站在春季3～5月份大風(fēng)日數(shù)偏多。

(5)浮標站的最大風(fēng)速出現(xiàn)在冬季，2個陸地站的最大風(fēng)速出現(xiàn)在春季。

(6)浮標站、瓦房店站、旅順站年極大風(fēng)速趨勢基本一致，且季節(jié)風(fēng)速變化明顯，春季>秋季>冬季>夏季。