文登市風要素的特征分析

周浩亮等

摘要 利用1981～2010年風向風速觀測資料，采用線性回歸分析和風向頻率玫瑰等方法，分析文登市風速風向的變化特征及風速的年際、季節、日變化幅度。結果表明，近30年文登市平均風速為3.4 m/s；春季最大，冬季次之，秋季最小；風速通常是午后大，午夜至清晨小；近30年平均風速呈上升趨勢，年平均最大風速為17.2 m/s，年平均大風日數為21.1 d；出現最多風向為C、NNW和S。

關鍵詞：風速變化；風向頻率；特征；文登市

中圖分類號：S213 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）08-163-02

社會發展離不開能源保障，在世界各國面臨能源危機和環境污染的雙重壓力下，應對氣候變化提倡低碳和無碳能源已成為新的熱點[1]。風能資源作為一種干凈的、無污染、可再生能源，在能源結構多元化發展中具有很大的發展潛力[2]。文登地處山東半島東部，海岸線長達155.88 km，山地面積占19%，西部的昆崳山脈是“膠東屋脊”，風能資源豐富。良好的資源優勢和發展環境，吸引了眾多風電企業的目光。自2009年起，大唐、中廣核等知名風電企業齊聚文登。筆者利用文登市氣象局1981～2010年風資料，統計分析出風要素的變化特征，為風力資源評估提供依據，提高風能利用率。

1 資料與方法

利用文登市氣象觀測站1981～2010年逐月平均風速、逐月最大風速、年平均風速、年最大風速及各風向頻率等資料，分析1981～2010年多年風向風速的變化幅度。采用線性平均分析法，回歸方程為y=ax+b，式中，b為常數，a為回歸系數，氣象上稱氣候傾向率，當a為正（負）時，表示氣象要素值在計算時間內線性增加（減小）；x代表年份。

2 結果與分析

2.1 平均風速變化特征

2.1.1 年變化和年代際特征。

據資料統計（圖1），1981～2010年文登市年平均風速為3.4 m/s，年平均風速最大值出現在 2005年，為4.4 m/s；年平均風速最小值出現在2003和2004年，均為2.8 m/s。年平均變化分3個階段，1981～1991年風速基本接近多年平均值；1992～2004年風速偏小，均低于多年平均值；2005～2010年為風速偏大時期，年平均風速為3.9～4.4 m/s。由于上升的幅度大于下降的幅度，總趨勢仍為上升。

2.1.2 季節變化。

大氣環流和天氣系統具有明顯的季節性特征，而風又直接受二者的影響。因此，有必要分析一下風速的季節變化。從圖2可以看出，開發風能資源的最好季節是春季（3～5月），平均風速為4.0 m/s，其中以4月最大，平均風速達4.3 m/s；夏季（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12～次年2月）平均風速相差不大，分別為3.3、2.9、3.4 m/s，其中以9月最小，平均風速僅為2.5 m/s 。

2.1.3 日變化。

風速具有明顯的日變化規律，通常是午后大、午夜至清晨小。因為近地面層大氣中風速日變化主要決定于湍流變換的日變化[3]。日出以后，地面逐漸受熱，近地面空氣開始升溫，逐漸形成不穩定大氣層結，上下層空氣的湍流交換開始加強，上層空氣的動量下傳使得近地層空氣獲得動量，風速逐漸增大，風速在午后達到最大。午后地面溫度逐漸下降，湍流交換逐漸減弱，風速也不斷減小。夜間，由于地面輻射冷卻作用，近地面空氣降溫，易形成穩定大氣層結，該層結不利于空氣動量下傳，而地面摩擦作用使得近地面風速減小，這樣一直持續到夜間，至清晨時風速達到最小。從多年自記風資料統計，日最大風速多出現在15：00～17：00，日最小風速多出現在日出前后。這種規律晴天較陰天明顯，若有較強天氣系統影響時，此規律也不明顯。

2.2 最大風速變化特征 1981～2010年文登市年平均最大風速為17.2 m/s，年極大風速的最大值為32.1 m/s，出現在3月，年極大風速的最小值為19.6 m/s，出現在9月；年最大風速的最大值為23.7 m/s，出現在4月，年最大風速的最小值為15.9 m/s，出現在10月（圖3）。全年最大風速呈雙峰型，1～4月冷空氣活躍，風速呈遞增趨勢；5～6月呈下降趨勢；7～8月由于夏季對流旺盛，不穩定天氣系統增多，風速較高；9～10月風速下降；11月由于冷暖空氣，風速略有回升，之后逐漸下降。

2.3 風向頻率變化 風向的變化主要受到天氣系統和地形的共同影響，據1981～2010年多年風向資料（圖4）統計，文登市最多風向為C、NNW和S，因文登2005年遷站原因，周圍環境發生變化，自2005年后靜風出現頻率減少，仍以偏北風和南風為主。12月～次年3月盛行NNW、NW和N風，4～11月盛行S、SSW和SW風。

2.4 大風資料分析 歷年大風日數采用累年整編資料，統計出文登累年大風日數。結果發現，一年中，春季是大風日數最多的季節，其中3月極為顯著，與風速的年變化一致。一般大風日數最多的月份與月平均風速最大的月份是一致的[4]。春季大風日數約占全年大風日數的51%。1981～2010年文登市平均大風日數為21.1 d，其中1981年出現大風日數最多，為38 d；1996年出現大風日數最少，為5 d。

3 結論

（1）文登多年盛行偏北風和偏南風（除靜風外），其中12月～次年3月盛行NNW、NW和N風；4～11月盛行S、SSW和SW風。風速存在明顯的日變化，通常是午后大、午夜至清晨小。一年之中春季風速最大，冬季次之，秋季最小。

（2）近30年文登市年平均風速變化分3個階段，1981～1991年風速基本接近多年平均值；1992～2004年風速偏小，均低于多年平均值，2003、2004年風速值最小；2005～2010年為風速偏大時期，2005年風速值達最大值。

（3）近30年文登市全年最大風速呈雙峰型，1～4月冷空氣活躍，風速呈遞增趨勢；5～6月呈下降趨勢；7～8月由于夏季對流旺盛，不穩定天氣增多，風速較高；9～10月風速下降；11月由于冷暖空氣，風速略有回升，之后逐漸下降。

（4）一年中，春季是大風日數最多的季節，3月極為顯著，與風速的年變化一致。

參考文獻

[1] 江澤民.對中國能源問題的思考 [J].上海交通大學學報，2008，42（3）：345-359.

[2] 胡毅，李萍，楊建功，等.應用氣象學 [M].北京：氣象出版社，2005：117-134.

[3] 翁篤鳴，陳萬隆，沈覺成，等.小氣候和農田小氣候 [M].北京：農業出版社，1981：109-110.

[4] 黃嘉佑.氣候狀態變化趨勢與突變分析 [J].氣象，1995，21（7）：46-59.