西安城區與郊區風向風速差異分析

曹　梅，楊　珍，王　斌

(1.西安市氣象局，西安　710016；2.陜西省防雷中心，西安　710014)

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西安城區與郊區風向風速差異分析

曹梅1，楊珍1，王斌2

(1.西安市氣象局，西安710016；2.陜西省防雷中心，西安710014)

摘要：利用西安國家一般氣象站和涇河國家基本氣象站2006—2013年同期風向風速地面觀測資料，分析比較了西安城區與郊區風向及風速的差異。結果表明：西安城區的月平均風速均小于郊區，城區比郊區偏小50%左右；兩地逐月月平均風速波動趨勢基本一致，郊區波動較大，城區較平緩；兩地年平均風速均呈緩慢減小趨勢，城區比郊區減小趨勢明顯；郊區極大風速遠大于城區；郊區大風日較多，城區僅有1 d，郊區出現大風的概率遠高于城區。城區和郊區最多風向略有偏差，偏離1～20個方位；城區四季的最多風向均不同，郊區四季的最多風向變化不大；城區極大風風向較為分散，郊區較集中。

關鍵詞：風向風速；差異分析；城市與郊區；西安站；涇河站

風是最重要的氣象要素之一，它可以反映大氣環流的基本特征。風與人們的生產生活息息相關，風的資料在能源開發、橋梁建設、環境整治、輸電線路等方面得到了廣泛地應用。近十年來，城市化進程的加快以及臺站探測環境的改變對風的影響非常顯著。眾多學者的研究結果表明，近年來我國大部分臺站的風速呈逐漸下降趨勢[1-4]。吳利紅等[5]利用浙江省36個站點33 a資料研究表明，站點改變是導致風速序列非均一性的主要原因。魯淵平等[6]應用陜西1971—2000年的風資料分析發現，陜北、關中年平均風速均有減小的趨勢，陜南的年平均風速在90年代有所增大。從以往的研究結果看，風不僅受到大尺度天氣背景的影響，觀測環境的變化也是對風影響非常重要的因素。2005年位于西安市未央路上的西安基準氣候站(城區)遷至涇河(郊區)，原站變更為一般站，在經過8 a的同期觀測后，西安一般氣象站于2013年底正式撤站。利用西安國家一般氣象站(區站號57036，以下簡稱“西安站”)和涇河國家基本氣候站(區站號57131，以下簡稱“涇河站”)2006—2013年風向風速地面觀測資料，分析對比西安市城區與郊區的風特征，以期對西安市在不同領域的風能利用提供依據，也能對西安遷站造成的風均一性進行初步分析。

1觀測站點簡介

1.1站點信息

西安站(108°56′E，34°18′N，海拔397.5 m)站點位于西安市最繁忙的主干道未央路上，未央路距離測站僅200 m，站點四周各方位均建有零散高層建筑物，可代表城市的區域特征。涇河站(108°58′E，34°26′N，海拔410.0 m)站點位于西安城北北涇河工業園區內，站點地勢較周圍高，南鄰渭河，周圍比較空曠，2006年初建時四周無建筑物。近年來，隨著地區經濟的發展，涇河站周圍也有建筑物出現，但整體仍可反映郊區氣候特征。西安站距涇河站直線距離為20.0 km。

1.2儀器和資料

西安站和涇河站在2006—2013年期間使用的自動站設備均為華創升達生產的CAWS600自動站。測量的風要素為10 m高空的風向風速，風向風速設備儀器型號也均相同，風向型號為EL15-2D，風速儀器型號為EL15-1A。兩站2006—2013年都為有人值守臺站，觀測資料齊全無中斷。

2風速變化特征分析

2.1月平均風速

由圖1可見，各月平均風速城區小于郊區，西安站比涇河站偏小50%左右。兩站逐月月平均風速的變化趨勢略有差異，但波動趨勢基本一致。涇河站月平均風速起伏較西安站明顯，最大3月2.9 m/s,最小10月2.11 m/s，波動幅度為0.79 m/s；西安站月平均風速起伏較為平緩，最大6月1.59 m/s，最小10月1.11 m/s，波動幅度僅為0.48 m/s。10—2月，兩站均保持較小風速；3月正是北方沙塵天氣增多的季節，兩站風速均明顯增大；4月后北方風沙天氣減少，風速趨于平穩。涇河站7月平均風速仍有明顯增加，主要由夏季局地雷雨、大風天氣較多所致。

圖1　2006—2013年西安站和涇河站月平均風速

2.2年平均風速

由圖2可知，兩站年平均風速均呈緩慢減小趨勢，西安站和涇河站的變化速率分別為-0.08 (m/s)/a、-0.04 (m/s)/a，說明年平均風速城區比郊區減小趨勢明顯。從圖2還可看出，兩站風速差值(差值均為涇河站-西安站，下同)在逐漸增大，其原因是西安站周圍高層建筑物增加速度快，改變了地面粗糙度，對風速形成了明顯的阻擋作用，使風速的減小幅度比涇河更大。

圖2　2006—2013年西安站與涇河站年平均風速

2.3極大風速

極大風速是指某一個時段內出現的最大瞬間風速值[7]，在自動觀測中為1 min的平均風速。從表1可看出，涇河站年極大風速遠大于西安站，兩站極大風速差值變化范圍較大，為-3.9～10.8 m/s,2008年涇河站年極大風速比西安站大了10.8 m/s。西安站僅在2011年6月6日出現21.0 m/s的大風天氣，使得當年西安站的極大風速大于涇河站，這也是西安站8 a中唯一的一次大風天氣。

表1　2006—2013年西安站和涇河站年極大風速風向對比

為了了解在同一天氣系統下兩站極大風速的差異，選取涇河站幾次極大風速≥17 m/s的大風日加以分析。從表2可看出，兩站基本同時出現較大風速，說明兩站處在同一大氣環流中，但涇河站的極大風速遠大于西安站，其差值變化范圍為3.0～17.0 m/s，2008年7月20日涇河出現25.8 m/s的大風，當日西安站極大風速僅為8.8 m/s，其差值達到17.0 m/s。這種差異主要由地面摩擦力的差異造成，城區建筑物較密集，地面摩擦力較大，消弱了極大風速的量級。

表2西安站和涇河站同期極大風速比較

m/s

注：風速后為各極大風速對應風向

2.4年大風日數

兩站的年大風日數差異較大，西安站出現≥17 m/s的大風日較為罕見，8 a中僅在2011年出現1 d。涇河大風日較多，共出現14 d，其中，2006年達5 d之多，2007年出現3 d，2009年出現2 d，其余年份1 d。由此可見，郊區出現大風的概率遠高于城區。

3風向頻率對比分析

3.1年平均風向頻率

圖3為西安站和涇河站2006—2013年平均風向玫瑰圖，可以看出，兩站在16個方位的最多風向分布略有差異。西安站的最多風向為ENE，次多風向為NE、W；涇河站的最多風向為NE，次最多風向為SW。兩站的最多風向和次多風向均有偏轉。兩站主導風向在N—NE—SE方位區間，涇河站較西安站向北偏轉了1個方位。在S—SW—NW方位區間，涇河站較西安站向南偏轉了2個方位。西安站的主導風向較為分散，在N—NE—SE方位區間有5個主導風向，各風向頻率分布較均勻，而涇河站有3個主導風向。

風向的變化除受大氣環流的影響外，地形及探測環境對風向的影響也較大，城區受到四周環境的影響，主導風向的作用已逐漸減弱，從而出現多個主導風向。

圖3　2006—2013年西安站和涇河站平均風向頻率/%對比

3.2四季風向頻率

圖4為西安和涇河四季(春季為3—5月、夏季為6—8月、秋季為9—11月、冬季為12—2月)的風向頻率對比，從圖4可看出，涇河站的最多風向一年四季較為穩定，均為NE。西安站四季最多風向均不同，春、冬季為ENE，夏季為NE，秋季為W。在SW—W方位區間，兩站最多風向在四個季節偏轉角度均一致，西安站的最多風向為W，涇河的最多風向為SW。在NE—E方位區間，兩站在春、秋、冬的最多風向偏轉角度

也一致，涇河站最多風向為NE，西安站最多風向為ENE；夏季最多風向兩站一致，均為NE。

由于涇河站周圍環境較空曠，一年四季風向頻率分布變化不大。而西安站由于周圍高大建筑物的影響，風向發生突變的可能性較大，因此四季最多風向均有差異。

圖4　2006—2013年西安站和涇河站四季風向頻率/%對比

3.3極大風風向

由表1可看出，城區與郊區的極大風風向差異較明顯，涇河的極大風風向主要集中在WNW—N—ENE方位區間，西安站的極大風風向較分散，無規律可循。

4小結

應用西安站和涇河站2006—2013年的同期風向風速資料，分析城區和郊區風向和風速差異，得出了以下結論。

(1)西安城區的月平均風速均小于郊區，城區比郊區偏小50%左右；兩地逐月月平均風速波動趨勢基本一致，郊區波動較大，城區較平緩。

(2)兩地年平均風速均呈緩慢減小趨勢，城區的城市化進程較郊區快，風速減小趨勢也比郊區明顯。

(3)郊區的極大風速遠大于城區。郊區大風日較多，城區僅有1 d，郊區出現大風的概率遠高于城區。

(4)城區和郊區最多風向略有偏差，偏離1～2個方位。郊區四季的最多風向變化不大，城區四季的最多風向均不同。郊區極大風風向較集中，城區較為分散。

參考文獻：

[1]任國玉，郭軍，徐銘志，等.近50年中國地面氣候變化基本特征[J].氣象學報，2005，63(6)：942-956.

[2]彭珍，胡非.北京城市化進程對邊界層風場結構影響的研究[J].地球物理學報，2006，49(6)：1608-1615.

[3]劉學鋒，江瀅，任國玉，等.河北城市化和觀測環境改變對地面風速觀測資料序列的影響[J].高原氣象，2009，28(2)：433-439.

[4]江瀅，羅勇，趙宗慈.近50年我國風向變化特征[J].應用氣象學報，2008，19(6)：666-672.

[5]吳利紅，駱月珍，孫莉莉.浙江省近34年年平均風速序列均一性檢驗研究[J].氣象科技.2008，36(5)：661-665.

[6]魯淵平，杜繼穩，侯建忠，等.陜西省風速風向時空變化特征[J].陜西氣象，2006(1)：1-4.

[7]中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003：48.

中圖分類號：P425

文獻標識碼：A

作者簡介：曹梅(1979—)，女，陜西米脂人，大學本科，工程師，從事綜合氣象測報。

收稿日期：2015-10-31

文章編號：1006-4354(2016)02-0019-05

曹梅，楊珍，王斌. 西安城區與郊區風向風速差異分析[J].陜西氣象，2016(2)：19-23.