紹興軌道交通高架路段風(fēng)特征分析

摘" 要：利用2021—2023年紹興軌道交通高架路段沿線5個(gè)氣象觀測(cè)站的數(shù)據(jù)，對(duì)高架路段平均風(fēng)特征進(jìn)行分析，并通過Pearson相關(guān)性分析研究溫度對(duì)風(fēng)速的影響。結(jié)果表明，紹興軌道交通高架路段沿線平均風(fēng)速的時(shí)間變化具有相似性。季節(jié)變化除江南外，由大到小依次為夏季、春季、秋季和冬季；月變化基本在7月達(dá)到峰值；日變化呈“一峰一谷”型，風(fēng)速在午后到傍晚最大，在日出前后最小。高架路段沿線平均風(fēng)向的空間分布具有差異性，但主要集中在第二、三象限。溫度會(huì)對(duì)高架路段沿線風(fēng)速造成影響。除清風(fēng)外，其余各站的平均風(fēng)速與平均溫度之間具有相關(guān)性；5個(gè)氣象觀測(cè)站的極大風(fēng)速與平均溫度之間具有相關(guān)性，均呈正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；高架線路；風(fēng)速；風(fēng)向；特征分析；Pearson相關(guān)系數(shù)

中圖分類號(hào)：P425.4" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）07-0101-05

城市軌道交通是氣象高敏感行業(yè)，其日常運(yùn)營易受暴雨、大風(fēng)、大霧、雷電和冰雹等氣象災(zāi)害影響，致使列車的運(yùn)營秩序和運(yùn)營安全受到威脅[1]。其中，由于軌道交通高架路段暴露于露天環(huán)境，運(yùn)行中受氣候影響尤為顯著[2]。如遇大風(fēng)天氣，高架路段的車輛和橋梁在強(qiáng)側(cè)風(fēng)的作用下將發(fā)生劇烈振動(dòng)，從而加劇列車在高速運(yùn)行時(shí)的不穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致列車脫軌、傾覆[3]。

近年來，許多學(xué)者都針對(duì)城市軌道交通氣象服務(wù)開展了研究。李毅雄[4]通過借鑒香港地鐵的氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及臺(tái)風(fēng)、雷電、大霧和高溫等氣象災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，提出國內(nèi)城市軌道交通的氣象災(zāi)害防范設(shè)計(jì)。雷俊等[5]根據(jù)國內(nèi)軌道交通氣象服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合杭州氣候特點(diǎn)及地鐵現(xiàn)狀，規(guī)劃了地鐵施工建設(shè)過程中規(guī)避天氣風(fēng)險(xiǎn)的服務(wù)方案。王彥明等[6]根據(jù)廈門氣候特點(diǎn)及廈門軌道交通1號(hào)線的特殊線路，給出了專業(yè)氣象服務(wù)策劃方案和軌道交通氣象服務(wù)流程。翁春慧[7]分別在上海軌道交通2號(hào)線、16號(hào)線使用風(fēng)速測(cè)量儀、自動(dòng)氣象站測(cè)風(fēng)系統(tǒng)開展強(qiáng)風(fēng)預(yù)測(cè)預(yù)警試點(diǎn)工作，并根據(jù)實(shí)踐情況提出進(jìn)一步優(yōu)化完善的建議。楊通曉等[8]則基于上海軌道交通16號(hào)線沿線氣象觀測(cè)資料，研究16號(hào)線及周邊區(qū)域風(fēng)速、風(fēng)向及陣風(fēng)系數(shù)的時(shí)空分布特征，并給出16號(hào)線高架地面段測(cè)風(fēng)設(shè)備布點(diǎn)建議。耿凱亮[9]基于最新研發(fā)的氣象輔助決策系統(tǒng)，建立上海軌道交通氣象風(fēng)險(xiǎn)防范工作機(jī)制，提出對(duì)氣象災(zāi)害事件的精細(xì)化管控措施。蒲井崗[10]為準(zhǔn)確獲取福州地鐵高架區(qū)間的風(fēng)向、風(fēng)速等氣象信息，擬定了3種氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并通過比較提出推薦方案及實(shí)施步驟，為福州地鐵運(yùn)營提供決策依據(jù)。肖薇薇等[11]對(duì)風(fēng)速變化的影響因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)黃土高原歷年平均風(fēng)速與平均最高氣溫和最低氣溫、平均氣溫均呈負(fù)相關(guān)，且通過了0.01顯著性水平檢驗(yàn)。

目前，關(guān)于城市軌道交通氣象服務(wù)的研究多為氣象災(zāi)害防范、氣象服務(wù)方案等方面的定性分析，缺乏對(duì)影響軌道交通日常運(yùn)營的氣象要素的定量分析。因此，本文基于紹興軌道交通高架路段沿線5個(gè)氣象觀測(cè)站2021—2023年的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)，對(duì)高架路段附近平均風(fēng)速、平均風(fēng)向的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，并通過Pearson相關(guān)性分析研究了平均溫度對(duì)平均風(fēng)速、極大風(fēng)速的影響，為紹興軌道交通的安全運(yùn)營提供參考。

1" 資料和方法

1.1" 氣象資料

氣象資料來源于紹興軌道交通高架路段沿線5個(gè)氣象觀測(cè)站2021—2023年的逐時(shí)數(shù)據(jù)，包括10 min平均風(fēng)速、10 min平均風(fēng)向、極大風(fēng)風(fēng)速、極大風(fēng)風(fēng)向和平均氣溫等。高架路段地鐵各站與氣象觀測(cè)站的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

1.2" Pearson相關(guān)性分析

本文采用Pearson相關(guān)性分析分別對(duì)平均溫度與平均風(fēng)速、平均溫度與極大風(fēng)速之間的線性關(guān)系進(jìn)行研究。相關(guān)性分析包括相關(guān)系數(shù)r和顯著性檢驗(yàn)p值。其中，相關(guān)系數(shù)用于度量2個(gè)連續(xù)變量之間的線性關(guān)系，取值范圍介于-1到1之間，其計(jì)算公式為

相關(guān)系數(shù)r的正負(fù)表示2個(gè)變量之間的正負(fù)相關(guān)性，當(dāng)r的絕對(duì)值越接近1，2個(gè)變量之間的相關(guān)性越強(qiáng)；當(dāng)r的絕對(duì)值越接近0，2個(gè)變量之間的相關(guān)性越弱。若p值小于顯著性水平（α=0.01或α=0.05），2個(gè)變量之間的關(guān)系顯著。因此，當(dāng)p值越接近0，r的絕對(duì)值越接近1，溫度對(duì)平均風(fēng)速、極大風(fēng)速的影響越大。

2" 結(jié)果和分析

2.1" 平均風(fēng)速變化特征

2.1.1" 平均風(fēng)速月變化及季節(jié)變化情況

圖1為紹興軌道交通高架路段沿線5個(gè)氣象觀測(cè)站2021—2023年平均風(fēng)速月變化情況。由圖1可知，平均風(fēng)速月變化趨勢(shì)相似，總體呈單峰型，風(fēng)速在7月達(dá)到峰值，峰值由大到小依次為清風(fēng)（1.62 m/s）、浙光（1.49 m/s）、江南（1.47 m/s）、楊汛橋（1.34 m/s）和錢清（1.13 m/s）。其中，楊汛橋、錢清、清風(fēng)、浙光的平均風(fēng)速在1—5月呈上升趨勢(shì)，除浙光外，均在6月有所下降，在7月繼續(xù)上升達(dá)到峰值，在8—12月呈下降趨勢(shì)；江南的平均風(fēng)速則在1—4月上升，在5—6月下降，在7月繼續(xù)上升，7—12月呈波折變化，分別在7月、9月達(dá)到峰值，均為1.47 m/s。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，紹興軌道交通高架路段沿線平均風(fēng)速的季節(jié)變化也具有相似性，平均風(fēng)速總體以夏季（6—8月）、春季（3—5月）、秋季（9—11月）和冬季（12—2月）依次遞減；其中，江南的平均風(fēng)速從秋季、冬季、春季、夏季依次遞減?？傮w上，由于春季冷暖氣流活躍、動(dòng)力不穩(wěn)定，夏季溫度高、熱力條件好，均易觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流大風(fēng)，且夏季臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁，所以高架路段沿線的平均風(fēng)速在春、夏季較大。

2.1.2" 平均風(fēng)速日變化

圖2為紹興軌道交通高架路段沿線5個(gè)氣象觀測(cè)站2021—2023年平均風(fēng)速日變化情況。由圖2可知，平均風(fēng)速日變化趨勢(shì)相似，呈“一峰一谷”型，風(fēng)速先降后升再降。楊汛橋、錢清、江南、清風(fēng)和浙光的平均風(fēng)速均在0—6時(shí)呈下降趨勢(shì)，其中在日出前后（4—5時(shí)）達(dá)到谷值，風(fēng)速由大到小依次為江南（1.06 m/s）、清風(fēng)（0.9 m/s）、浙光（0.9 m/s）、楊汛橋（0.61 m/s）和錢清（0.46 m/s）；隨后在7時(shí)起開始上升，在午后到傍晚（14—19時(shí)）達(dá)到峰值，風(fēng)速由大到小依次為清風(fēng)（1.9 m/s）、江南（1.84 m/s）、浙光（1.81 m/s）、楊汛橋（1.24 m/s）和錢清（1.17 m/s）。

總體上，紹興軌道交通高架路段沿線的平均風(fēng)速在日間較大，在夜間較小。白天溫度升高，大氣層結(jié)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定狀態(tài)，上下層動(dòng)量交換增強(qiáng)，風(fēng)速也隨之增大，峰值出現(xiàn)在午后湍流旺盛時(shí)段；夜間溫度降低，風(fēng)速也逐漸在日出前后達(dá)到谷值。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，5個(gè)氣象觀測(cè)站的日平均風(fēng)速由大到小依次為江南（1.37 m/s）、清風(fēng)（1.34 m/s）、浙光（1.29 m/s）、楊汛橋（0.93 m/s）和錢清（0.76 m/s）。

2.2" 平均風(fēng)向分布特征

圖3為紹興軌道交通高架路段沿線5個(gè)氣象觀測(cè)站2021—2023年平均風(fēng)向分布情況。由圖3可知，各氣象觀測(cè)站平均風(fēng)向分布有明顯差異。楊汛橋的盛行風(fēng)向?yàn)闁|南（SE）風(fēng)，風(fēng)向頻率為8.17%；錢清的盛行風(fēng)向?yàn)槟希⊿）風(fēng)，風(fēng)向頻率為21.43%；江南的盛行風(fēng)向?yàn)槲魑髂希╓SW）風(fēng)，風(fēng)向頻率為12.87%；清風(fēng)的盛行風(fēng)向?yàn)闁|東南（ESE）風(fēng)，風(fēng)向頻率為12.94%；浙光的盛行風(fēng)向?yàn)槟希⊿）風(fēng)出現(xiàn)的頻率最高，風(fēng)向頻率為9.15%。其中，錢清、楊汛橋平均風(fēng)速較小，靜風(fēng)（≤0.2 m/s）出現(xiàn)的頻率分別為17.66%、15.94%。

總體來看，5個(gè)氣象觀測(cè)站的年平均風(fēng)向集中在第二、三象限。

2.3" 風(fēng)速變化的影響因素

2.3.1" 平均風(fēng)速與溫度的相關(guān)性分析

圖4為2021—2023年紹興軌道交通高架路段沿線平均風(fēng)速與平均溫度的線性擬合。除清風(fēng)外，楊汛橋、錢清、江南和浙光的相關(guān)系數(shù)均通過α=0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，平均風(fēng)速與平均溫度之間具有相關(guān)性，相關(guān)性強(qiáng)度由大到小依次為錢清、楊汛橋、浙光和江南。由圖4可知，楊汛橋、錢清、浙光的平均風(fēng)速與平均溫度呈正相關(guān)，風(fēng)速隨溫度的升高而增大；江南的平均風(fēng)速與平均溫度呈負(fù)相關(guān)，風(fēng)速隨溫度的升高而減小。

3.3.2" 極大風(fēng)速與溫度的相關(guān)性分析

圖5為2021—2023年紹興軌道交通高架路段沿線極大風(fēng)速與平均溫度的線性擬合。5個(gè)氣象觀測(cè)站的相關(guān)系數(shù)均通過α=0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，極大風(fēng)速與平均溫度之間具有相關(guān)性，相關(guān)性強(qiáng)度由大到小依次為楊汛橋、錢清、浙光、清風(fēng)和江南。由圖5可知，這5個(gè)氣象觀測(cè)站的極大風(fēng)速與平均溫度均表現(xiàn)為正相關(guān)，風(fēng)速隨溫度的升高而增大。

4" 結(jié)論

本文基于紹興軌道交通高架路段沿線5個(gè)氣象觀測(cè)站2021—2023年的逐時(shí)風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)，分析高架路段附近平均風(fēng)速的季節(jié)變化、月變化及日變化特征，繪制平均風(fēng)向頻率玫瑰圖，并通過Pearson相關(guān)性分析研究了平均溫度對(duì)平均風(fēng)速、極大風(fēng)速的影響。主要得出以下結(jié)論。

1）紹興軌道交通高架路段沿線平均風(fēng)速的時(shí)間變化具有相似性。除江南外，其余各站平均風(fēng)速的季節(jié)變化由大到小依次為夏季、春季、秋季和冬季；月變化呈單峰型，風(fēng)速在7月達(dá)到峰值。江南的季節(jié)變化由大到小依次為秋季、冬季、春季和夏季；月變化呈雙峰型，分別在7月、9月達(dá)到峰值。高架路段沿線平均風(fēng)速的日變化呈“一峰一谷”型，風(fēng)速先降后升再降，風(fēng)速在午后到傍晚最大，在日出前后最小。

2）高架路段沿線平均風(fēng)向的空間分布具有差異性，但主要集中在第二、三象限，楊汛橋、錢清、江南、清風(fēng)和浙光的盛行風(fēng)向分別為SE、S、WSW、ESE和S。其中，楊汛橋、錢清的平均風(fēng)速較小，靜風(fēng)出現(xiàn)的頻率較大。

3）溫度會(huì)對(duì)高架路段沿線風(fēng)速造成影響。除清風(fēng)外，其余各站的平均風(fēng)速與平均溫度之間具有相關(guān)性，相關(guān)性強(qiáng)度由大到小依次為錢清、楊汛橋、浙光和江南；楊汛橋、錢清、浙光的平均風(fēng)速與平均溫度呈正相關(guān)，風(fēng)速隨溫度的升高而增大；江南的平均風(fēng)速與平均溫度呈負(fù)相關(guān)，風(fēng)速隨溫度的升高而減小。5個(gè)氣象觀測(cè)站的極大風(fēng)速與平均溫度之間均呈正相關(guān)，相關(guān)性強(qiáng)度由大到小依次為楊汛橋、錢清、浙光、清風(fēng)和江南。

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Abstract： Using data from five meteorological observation stations along the elevated section of Shaoxing Rail Transit from 2021 to 2023， the average wind characteristics of the elevated section were analyzed， and the impact of temperature on wind speed was studied through Pearson correlation analysis. The results show that： The temporal changes of average wind speed along the elevated section of Shaoxing rail transit are similar. Except for Jiangnan， the seasonal changes are summer， spring， autumn， and winter from large as to small average speed; the monthly change basically reaches its peak in July; the daily change is in the form of \"one peak and one valley\"， with the wind speed being the largest from afternoon to evening and the smallest around sunrise. The spatial distribution of the average wind direction along the elevated section is different， but it is mainly concentrated in the second and third quadrants. Temperature affects the wind speed along the elevated section. Except for the clear wind， there is a correlation between the average wind speed and the average temperature at the other stations; there is a positive correlation between the maximum wind speed and the average temperature at the five meteorological observation stations.

基金項(xiàng)目：浙江省氣象局科技項(xiàng)目（2023YB22）

第一作者簡介：甄國凝（2000-），女，助理工程師。研究方向?yàn)槌鞘袣庀蟆?/p>