黑龍江九三農墾地區風與降雪的關系研究

劉建生 邵曉梅

摘 要：從黑龍江省九三農墾1971—2015年的逐日風、降水量以及降雪天氣數據中提取了冬半年逐日風、降雪數據，分析了該區近45a風與降雪的關系。結果表明：該區年平均風速呈減小趨勢，年降雪量呈增加趨勢，風速和降雪量在冬半年呈先減小后增加的凹形分布;日降雪量與日平均風速、 日最大風速存在一定的線性正相關; 降雪時，日平均風速、日最大風速較大，且日最大風速風向主要為偏北風，隨著降雪的結束，風速越來越小，日最大風速主要風向由偏北風變為偏南風;多年降雪量集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北東（NNE）3個風向上，并且在16個風向上呈W分布。

關鍵詞： 黑龍江省九三墾區;平均風速;最大風速;降雪量;降雪日數

一、資料與方法

1.資料

本文所用資料為該區的1971-2015年的逐日平均風速、最大風速、最大風速風向、逐日降水量、降雪天氣現象、逐日平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫等資料，從多年逐日風、降雪量和降雪天氣現象數據中提取冬半年逐日風、降雪資料進行研究（該降雪資料不包括雨夾雪）。以今年10月到次年4月為一個冬半年。

2.方法

為直觀體現較長時間年際波動情況，保留時間序列的完整性，對45個冬半年年平均風速、年最大風速、年降雪量、年降雪日數進行了距平分析及5a移動平均分析，并用一次線性關系表示年際變化趨勢。

為明確分析風速的分布特征，本文以1 m·s-1為一個基本風速區間對風速進行研究，統計多年日平均風速和多年日最大風速在每個風速區間出現的頻率。 每個風速區間中間值代表一個風速區間，例如6 m·s-1代表5.6 m·s-1—6.5 m·s-1。

考慮到降雪后2天，積雪表層會形成一層結皮，除特大風口、風蝕坑外，降雪3天后風對積雪的分布不再產生作用，因此在研究風和降雪時間上的關系時，只統計分析降雪當日、降雪后第1天至第3天的日最大風速的速度和風向，并用玫瑰圖進行表示。

在研究多年風和降雪量的關系時，以0.1mm降雪量為一個基本單位，同一日降雪量值會對應多個日平均風速值和日最大風速值，此時對多個日平均風速值及日最大風速值分別求均值，建立降雪量和平均風速、最大風速一一對應關系。

研究降雪在16個風向上的分布情況，統計分析每個降雪日的風向，根據分析結果在origin中采用四次多項式建立降雪在16個風向上的分布模型，計算模型系數取值及其95%置信區間，并對模型進行T檢驗。

二、風和降雪的基本特征

1.年際變化

該區45個冬半年年平均風速和年最大風速總體上呈減少趨勢，并且都具有明顯的階段性。45a年平均風速為3.1m·s-1，年平均風速最大為4.0m·s-1（1975年），最小為2.1m·s-1（2012年）。除1986、1991、1992年外，1972-1997年間的多年平均風速均高于45a年平均風速，為正距平，此階段年平均風速為3.4 m·s-1。1998-2015年間僅有2001年為正距平，其余年份均低于45a年平均風速，為負距平，此階段年平均風速為2.6 m·s-1。

年最大風速的減少趨勢更為顯著， 45a年最大風速為6.7 m·s-1，年最大風速最大為8.8m·s-1（1975年），最小為4.7m·s-1（2013年）。除1991、1992、1996年外，1972-1998年間的多年最大風速均高于45a年最大風速，為正距平，此階段年最大風速為7.5 m·s-1。從1999年開始年最大風速變為負距平，此階段年最大風速為5.7 m·s-1。

近45年來年降雪量呈增加趨勢，增長率為3.0mm/10a，并且年際波動較大。20世紀70年代后期、20世紀80年代后期、20世紀90年代前期及2003年以來為降雪多發期，20世紀70年代中期、70年代末期到80年代初期、80年代中期、80年代末期以及90年代中后期為少雪期。年降雪日數的變化與年降雪量相反，呈減少趨勢，遞減率為1.6d/10a。20世紀70年代前期、70年代末期到80年代中期、90年代前期以及21世紀10年代中后期年降雪日數多，20世紀70年代中期、80年代末期到90年代初期、20世紀90年代后期到21世紀10年代前期以及2012年以來年降雪日數偏少。

2.年內變化

平均風速、最大風速在冬半年各月份均呈凹型分布，并且最大風速變化更為劇烈。10月和4月月平均風速、月最大風速最大，分別為3.7m·s-1、7.7 m·s-1和4.6 m·s-1、9.3 m·s-1，1月則最小，二者分別為1.9 m·s-1、4.9 m·s-1。

降雪量呈凹型分布、降雪日數呈凸型分布。降雪量集中在11月、10月和4月，分別占冬半年總降雪量的18.3%、18.0%和16.5%，12月和3月降雪量相當，分別為14.9%、14.0%，1月和2月降雪量最小，兩月之和僅占18.2%。

3.各等級風和雪的分布特征

冬半年日平均風速和日最大風速在風速區間上呈單峰型。日平均風速主要集中在1-4m·s-1區間，累積頻率為73.2%，在2.0m·s-1處頻率達到最高值21.2%。日最大風速主要分布在3-8 m·s-1區間，累積頻率為67.8%，在6 m·s-1處頻率達到最高值12.5%，風速10.0 m·s-1以上日最大風速累積頻率僅為13.0%。

冬半年日最大風速風向主要集中在NW-NNE、S-SSW方位上，NW-NNE方位各風向出現頻率之和為37.7%，S-SSW方位各風向出現頻率之和為23.1%。其中S出現的頻率最高，達到13.5%，其次是NNW，頻率為11.4%，N和SSW出現的頻率分別為9.9%、9.6%。

該區降雪以小雪為主，降雪量占年降雪量的51.1%，降雪日數占總降雪日數的58.9%;其次為中雪，降雪量占年降雪量的23.9%，降雪日數占總降雪日數的5.3%。大雪、暴雪的降雪量占總降雪量的25.0%，與中雪接近，而降雪日數僅占總降雪日數的2.2%;微量降雪日數占總降雪量的33.6%。

通過對各等級降雪在冬半年內各月份分布的分析（表略），得到微量降雪和小雪在各月份分布比較均勻，中雪、大雪和暴雪則多發生在冬半年開始和結束月份，大體呈凹型分布。

三、風和降雪的關系

1.最大風速與降雪時間

降雪時，日最大風速風向突出表現在北（N）和北北西（NNW），兩個風向出現頻率之和為36.7%，對應日平均最大風速區間為7.5-8.5m·s-1;降雪后第1 天，日最大風速風向突出表現在北北西（NNW）和西北（NW），兩個風向出現頻率之和為30.3%，對應日平均最大風速區間為6.5-8.0m·s-1，降雪后第2天，日最大風速風向突出表現在南（S）和南南西（SSW），兩風向出現頻率之和為27.5%，對應日平均最大風速區間為5.5-7.0 m·s-1;降雪后第3天，日最大風速風向突出表現在南（S）、南南西（SSW），兩個風向出現頻率之和為27.1%，對應日平均最大風速區間為5.5-6.5 m·s-1。降雪發生至降雪結束的3天，日最大風速主要風向由偏北風變為偏南風，風速逐漸減小。

2.平均風速、最大風速與各等級降雪時間

日平均風速、日最大風速在各等級降雪時間序列上的變化存在一定差異，降雪時降雪等級越高，風速越大;降雪后第1天，四個等級降雪的日平均風速、日最大風速的值基本趨于一致;降雪后第2天，中雪的日平均風速、日最大風速值最大，其次是小雪、暴雪，大雪最小;降雪第3天，各等級降雪的日平均風速、日最大風速值趨于一致。

分別對日降雪量與日平均風速、日最大風速進行擬合，發現兩者存在一定的相關性，并且相關性基本一致，都呈現出隨著降雪量增大風速逐漸增大的趨勢，但日降雪量越大，日降雪量與日平均風速、日最大風速的相關性越低。

3.風向與降雪量

多年降雪量在不同風向上的分布存在顯著性差異，集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北東（NNE）三個風向上，三個風向的降雪量累積頻率為49.6%，北（N）風向的降雪量頻率最高（20%）。此外，三個主要風向降雪量累積頻率的年際變化存在一定的波動，總體上處于減少的趨勢。其中，北（N）風向降雪量頻率為減少趨勢、北北西（NNW）風向降雪量頻率為增加趨勢、北北東（NNE）風向降雪量頻率為增加趨勢。

四、結語

通過對東北典型黑土區北部風、降雪變化特征及兩者關系的分析，得到如下結論：

1.風的基本特征。年平均風速，年最大風速為下降趨勢;月平均風速、月最大風速在冬半年各月份呈凹型分布;日平均風速和日最大風速在風速區間上呈單峰型分布，日最大風速風向主要集中在NW-NNE、S-SSW方位上。

2.降雪的基本特征。年降雪量為增加趨勢，年降雪日數為減少趨勢;月降雪量、月降雪日數在冬半年各月份分別呈凹型分布、凸型分布。

3.風與降雪的關系。日降雪量與日平均風速、日最大風速存在一定的線性正相關，降雪時，日平均風速、日最大風速較大，日最大風速風向主要為偏北風，隨著降雪的結束，風速越來越小，日最大風速主要風向由偏北風變為偏南;多年降雪量集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北東（NNE）三個風向上。

參考文獻：

[1] 張志富， 希爽， 劉娜，等. 1961-2012年中國降雪時空變化特征分析[J]. 資源科學， 2015， 37（9）：1765-1773.

[2] 李邦東， 趙中軍， 舒黎忠，等. 1961-2010年東北地區降水事件時空均勻性研究[J]. 氣象與環境學報， 2014（3）：52-58.

作者簡介：劉建生（1979-12-）男，漢族，黑龍江省大慶市大同區人，大學本科，副高級農藝師，從事農業生產工作。