1960年至2004年南京市風速變化及其成因研究

摘 要：利用南京、高淳、江寧、江浦、六合、溧水六個地面站1960年至2004年逐日平均風速數據資料，分析了南京市平均風速的時空變化特征及其可能原因。其結果表明：近45年來南京市年平均風速為2.61 m/s，最大平均風速出現在3月，為3.08 m/s，十月的平均風速最小，為2.45 m/s。一年四季中，春季的平均風速最大，為2.93 m/s，秋季平均風速最小，為2.50 m/s，呈現出“春季大，秋季小”的季節分布類型。近45年間各季節與年平均風速的年代際變化趨勢基本一致，都呈現出波動性變化及總體減弱的趨勢。在空間上，南京市平均風速呈現出“南大北小”的地理分布格局。風速的變化，主要是由于全球氣候變暖下中國乃至亞洲大氣環流的變化而引起的局地環流的變化。此外，強冷空氣南下次數和強度的減小、臺風的減少、觀測環境的影響、儀器性能的差異以及統計時次的變更等也是引起南京市風速變化的原因。

關鍵詞：平均風速 平均溫度 變化特征 南京

中圖分類號：P444 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0122-04

據2007年IPCC第四次評估報告顯示，近百年來全球平均地面氣溫增暖了0.74 ℃[1]，隨著全球氣溫變暖，全球的風速也隨之變化。研究表明[2]，從全球范圍來看，位于中緯度的中國、歐洲、北美和澳洲在過去的30-50年間表現出-0.004～-0.017 m/s·a的風速遞減率，高緯度地區（如>65°的南極洲）則表現出相反的趨勢，風速的年平均遞增率約為0.005 m/s·a，近47年來全國年平均風速經歷了明顯的減弱趨勢，每10年的減小速率約為0.11 m/s[3]。Xu等[4]利用305個國家基準氣候站和基本氣象站的地面資料，分析了1969年至2000年全國的風速變化，認為中國年平均風速下降了28%，日平均風速大于5 m/s的日數下降了58%。

南京市地處長江下游，屬于亞熱帶季風氣候，四季分明，冬季受歐亞大陸氣團影響較深，天氣晴朗、寒冷、干燥，夏季受歐亞大陸低壓區影響，天氣炎熱，與武漢、重慶并稱“三大火爐”。目前，已有學者對南京市的氣候變化進行研究[5，6]，但大多針對其溫度、降水、相對濕度等變化，對風速變化的分析較少。對南京風速變化的研究，不僅可以為南京風能的開發提供科學依據，還可以為長江中下游地區氣候變化的研究提供參考。本文將利用南京市六個測站1960年至2004年的逐日風速觀測資料分析南京市近45年來的風氣候變化特征，為南京市開展氣候變化的監測、診斷、評估、預估以及影響對策提供參考和科學依據。

1 數據與方法

本文數據資料來自于江蘇省氣象局提供的1960年至2004年南京（58238）、高淳（58339）、江寧（58333）、江浦（58237）、六合（58325）、溧水（58340）六個地面站逐日平均風速和平均氣溫觀測資料，數據資料完整且通過極值檢查得到了初步的質量控制。圖1給出了六個測站具體的分布位置，表1給出了各個測站的基本情況。將六個測站45年觀測數據進行每年逐月的算術平均，得到南京市1960年至2004年各月的平均風速，再根據3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季、12月至次年2月是冬季的季節劃分，整理出南京市逐年春、夏、秋、冬四季的平均風速。

分析要素時間序列時，采用了一元線性回歸分析方法，根據已經計算出的每年逐月平均風速，計算每年四季及各年的平均風速，再得到其1960年至2004年間各個月份、各季及全年的一元線性回歸方程。在分析風速與溫度變化的關系時，利用各年平均風速與平均溫度的對比關系，得出相應的結論。

2 結果分析

2.1 平均風速年內變化特點

2.2 平均風速的年際變化趨勢

3 風速變化的原因分析

3.1 氣候因素

3.1.1 溫度變化的影響

風速的減小可以從氣候變暖得到解釋，因為風是各個氣團之間存在溫差，從而出現氣壓梯度而造成的氣體流動。根據研究：中國的氣溫在1951年至1990年間的平均溫度升高了0.3 ℃[8]，與北半球的變化大致相似[9]，1957年至2000年的40年間，南京市的年平均氣溫升高了約0.66 ℃[5]。由于海陸升溫速度不同，亞洲大陸與太平洋之間的海陸溫差不斷縮小，作為連鎖反應，兩者之間的氣壓差也一降再降，空氣流動遭遇動力不足，從而南京市夏季風速也就隨之降低[10]。由于氣候變暖，并且高緯度冬季夜間的增溫顯著，這就造成了高、低緯之間的溫差減小，溫差的大小決定冷暖空氣交換的劇烈程度，所以高緯和低緯的經向環流減弱[11]，從而導致南京市的冬春季節風速減弱。全球氣候變暖下中國乃至亞洲大氣環流的變化而引起了長江中下游地區局地環流的變化。近45年間平均風速與平均氣溫在0.05水平（雙側）顯著存在的反相關關系（圖5），隨著平均氣溫的波動性降低和增高，平均風速呈現出波動性的增大和減小。

3.1.2 極端天氣的影響

3.2 非氣候因素

李艷等[14]指出由于城市化、植樹造林、農田開墾等下墊面人為改變的作用能夠使近地層風速減弱，其減弱幅度與大氣環流的作用相當。Jiang等[15]研究認為城市化發展、測站遷址及測風儀器的變更都會對中國年平均風速的長期變化產生一定影響。20世紀80年代開始中國經濟快速發展，隨著經濟建設的發展，南京城市規模也在迅速擴大，樓群發展很快，大量樓群的增加使得風速記錄值逐漸減小。氣象臺站所在城市的快速發展在分析平均風速長期變化中起到怎樣的作用，目前仍缺乏較全面的研究，但城市化使氣象臺站平均風速減小的確是一個不可忽略的原因[14]。

南京市各測站相繼于60年代末至70年代用EL型電接風向風速計取代維爾達風壓板，研究發現[16]，維爾達測風儀有一個重要的誤差特征，即風速小時其觀測值偏小，風速大時其觀測值也偏大，這是南京市70年代風速偏大的可能原因之一。此外，一種儀器的統計時次不同，其風速大小也會有區別，分別按3次和4次對風速進行統計試驗，3次統計比4次統計的均值大0.18 m/s，偏大9.9%[16]，其絕對偏差和相對偏差的大小，與平均風速的大小有關。

4 結論

對南京地區近地層平均風速變化的研究，能夠加深理解全球氣候變暖的大氣背景下中國氣候的局地響應特點。本文對南京市近45年來平均風速的時空變化特征及其可能原因進行了分析研究，所得結論如下。

參考文獻

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