洪澤湖與四周陸地風速差異分析

陳翔 葉成明 陳明王月林 趙小軍 唐鵬 陸苗

摘要：利用洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙2009—2018年10a觀測資料進行差異分析。先對測站相互關系和觀測資料序列進行檢驗，檢驗結論是4個陸地站與湖中站之間關系密切，5站資料完整。然后再對5站風速差異分析比較，結果表明：4個陸地站與洪澤湖中2min、10min風速年平均值差值相對較小，月平均值是9月相差最大， 6月差值最小;最大風速、極大風速差異明顯，月平均值8月差異大，最大風速月平均值3月相差最小，極大風速月平均值1月相差最小。洪澤湖面年均大風126.8d，陸地站大風出現天數約為湖面的1/3;大風在春季出現最多，9月、10月是一年大風天氣出現最少時段。

關鍵詞：風速;觀測資料;檢驗;差值;洪澤湖

中圖分類號：S16? 文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200229043

引言

洪澤湖位于江蘇西北部，是我國第4大淡水湖。是連接淮河、大運河交通樞紐，每天航運、漁業生產、以及旅游觀光船來往頻繁。但因洪澤湖面空曠平坦，極端氣候事件，特別湖面大風災害天氣，往往造成船毀人亡的重大安全事故和人民群眾財產巨大損失。因此，提高洪澤湖大風等極端天氣預報準確率具有現實意義。

關于水體對氣候、天氣、氣候資源和氣象因子的影響，近年來，許多氣象、環境和水文等領域的科學工作者進行了大量研究[1-16]，其研究主要有4個方面。水體及其周邊氣候特征的研究。如蔡榮輝等[2]對洞庭湖區域雷暴大風分型及預報分析研究，表明根據天氣形勢配置將其分為4類類型，低層暖平流強迫類、斜壓鋒生類、準正壓類及高層冷平流強迫類。馬洪亮等[13]通過對天池氣象站1959—2007年的逐日地面氣候資料，應用線性傾向估計、功率譜分析、滑動t檢驗及距平標準差對比分析等方法對天山天池氣候變化特征進行了分析研究。關于水體周圍氣象環境的研究。如黃菊梅等[1]利用2007—2016年酸雨和同期氣象資料及氣溶膠數據，對洞庭湖濱湖酸雨特征及氣象條件的關系進行分析，結果表明，酸雨的強度不隨降水量級的變化而變化。隨著降水持續天數的增加，降水的酸性強度明顯加強;水樣溫度升高，降水的酸性強度明顯減弱;風速越大，降水的酸性強度越強;風向頻率較大的偏北風降水的酸性強度較強，而風向頻率較小的偏南風降水的酸性強度較弱。大氣氣溶膠對降水的酸性強度有明顯的增強作用。李蒙等[11]利用MODIS衛星資料，運用假彩色合成法和歸一化植被指數法對滇池藍藻水華進行監測，得到滇池水華的分布特征。關于水體氣候生態資源的研究。如莊智福等[10]利用WRF模式對洪澤湖地區風能資源狀況進行數值模擬， 模擬結果風速季節變化的規律是春季最大， 夏季最小;沿湖風速大于陸地， 湖岸帶附近風速梯度變化十分明顯。風速垂直變化的規律是洪澤湖地區風速隨著高度增加而有所增大， 當增加到一定高度時， 風速增幅減弱。劉召華等[16]通過對商城庫區氣候生態資源的分析，結果表明商城庫區氣候溫和、熱量變化平緩、降水充沛、空氣溫度大、霧日多，大部分時候庫區水溫高于氣溫，庫內應以生態資源開發為主。關于水體對氣象因子影響的研究。如王詠薇等[3]應用WRF中尺度模式，通過對四季晴天小風、陰天大風背景天氣下有無水體算例模擬結果的比較，分析了浙江青山湖水體（6.5km2）對周邊2m高度處氣溫的影響。陳翔等[12]利用30a氣候整編資料分析洪澤湖區的氣溫分布的特征及其對蘇北地區氣溫分布影響。

這些研究取得重大成果，并被應用實際工作中。但對大型水體氣象因子和周邊陸地差異研究較少，況且，大型水體中氣象觀測站布設點少，所用觀測資料多為周邊陸地觀測站資料，使分析研究有一定的局限性。洪澤湖中腹心地帶觀測站始建于2009年，已有10余年較長序列一手觀測資料，項目研究時又對觀測資料序列均一性進行顯著檢驗，使分析更有合理性。通過湖中風觀測資料和四周陸地臺站進行同期進行對比分析其差異特點，為提高大型水體短時、短期大風的無縫隙精細化預報提供了參考。

1觀測資料與方法

采用洪澤湖中腹心地帶避風港自動觀測站（以下簡稱洪澤湖中站）和四周100km范圍內洪澤、淮安、泗洪和盱眙4個國家觀測站2009—2018年10a的2min、10 min、最大風速和極大風速觀測資料。

根據相關系數公式，先對這5個站的相互關系分析，然后再進行觀測資料序列均一性顯著性檢驗，確定5個站觀測資料完整再進行對比分析。將洪澤湖中站的2min、10 min、最大風速和極大風速的月、年平均值分別與4個國家站對比分析。并統計日極大風速在6級以上大風出現的規律特征。

2相關性分析

求算洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站的相互關系。已知相關系數公式為[17]：

rxy=∑ni=1xiyi-nx y（∑ni=1x2i-nx2）（∑ni=1y2i-ny2）? （1）

rxy值越接近1，表示其之間關系越密切。

其中，n取10，xi，yi分別為洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站近10a風速年平均值。

將這5個站2min風速年平均值分別代入公式⑴中，得出洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站的相互關系系數分別為0.99、0.75、0.97、0.82。由此可見，洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站存在著相互關系，其中洪澤湖中站與洪澤和泗洪兩站關系最為密切。

3觀測資料序列均一性檢驗

對洪澤湖中站、洪澤、淮安、泗洪、盱眙5個站2009—2018年觀測的2min風速年平均值序列進行均一性分析。應用t檢驗方法（顯著性水平0.05）對該時段前后風速差異進行顯著性檢驗。如檢驗結果顯著，則認為該站觀測資料序列不連續，就不能對比分析。設xi為假設某站2min風速年平均值，樣本容量為10a，這10a相應要素年平均值的樣本序列為x1，x2，...，xi，...，x10，統計量：

t=xi-x10s10（10-110+1）12（2）

其中，x10=110∑10i=1xi（3）

s10=110∑10i=1（xi-x10）2（4）

將各站要素樣本資料代入上述公式中，計算2min風速的t檢驗值，結果見表1。在顯著水平a為0.05，自由度為10時，ta=2.228，當要素某年|t|>ta，則表示要素該年xi與10a平均值差異顯著。由表1可知，各站2min風速均通過了顯著性檢驗。因此，將洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站比較分析是有合理性的。

4風速分析比校

4.12min風速比較分析

4個陸地站與洪澤湖中2min風速年平均值相差在2.0～2.6m/s之間，其中洪澤湖中站2min風速年均值為4.6m/s，而陸地站中，淮安為2.4m/s，是4個陸地站中最大的，而洪澤、泗洪和盱眙10a的2min風速平均值均為2.0m/s。

對2min風速月平均值進行分月比較，據圖1可知，9月份4個陸地站中與洪澤湖中站相差最大，其中泗洪、洪澤與洪澤湖中相差達3.0m/s，淮安、盱眙分別為2.9m/s、2.8m/s。8月份次之，4個陸地站與洪澤湖中站差值在2.5～2.9m/s之間。6月份差值最小，差值在1.9～2.3m/s之間。

4.210min風速比較分析

4個陸地站與洪澤湖中10min風速年平均值比較，差值也在2.0～2.6m/s之間，其中洪澤湖中站10min風速年平均值為4.6m/s，而陸地站中，淮安為2.4m/s，最大;泗洪為2.1m/s，洪澤和盱眙10a的10min風速平均值均為2.0m/s。

10min風速月平均值進行分月比較，據圖2可知，8月、9月4個陸地站與洪澤湖中站差值最大，其中泗洪比洪澤湖中站均小2.9m/s，淮安相差最小，分別為2.5m/s、2.7m/s。6月份差值最小，差值在1.9～2.3m/s之間。

4.3最大風速比較分析

4個陸地站與洪澤湖中最大風速年平均值比較，差異明顯，差值范圍在3.2～3.9m/s之間。其中，盱眙與洪澤湖中站差值最大，淮安與洪澤湖中站差值最小，洪澤、泗洪與洪澤湖中站差值分別為3.6m/s、3.7m/s。最大風速月平均值分月比較，據圖3可知，8月4個陸地站與洪澤湖中站差值最大，差值范圍在4.0～4.7m/s之間，其中泗洪差值最大，淮安相差最小。其次是7月、9月2個月，差值范圍分別在3.7～4.0m/s和3.7～4.1m/s之間。1月份差值最小，差值在2.9～3.6m/s之間。

4.4極大風速比較分析

4個陸地站與洪澤湖中極大風速年平均值比較，差異也明顯，差值范圍在3.2～3.4m/s之間。4個陸地站之間相差很小，其中淮安與洪澤湖中站差值最大，洪澤與洪澤湖中站差值最小，盱眙、泗洪與洪澤湖中站差值均為3.3m/s。

對極大風速月平均值進行分月比較，據圖4可知，8月4個陸地站與洪澤湖中站與差值最大，差值范圍在3.1～3.6m/s之間，其中泗洪差值最大，淮安相差最小。其次是7月、9月，差值范圍分別在2.4～2.6m/s和2.6～2.8m/s之間。3月份差值最小，差值在1.5～1.8m/s之間。這時7—9月處于盛夏，對流天氣局地性強，是造成極大風速相差大的一個主要原因。

由于6級及以上大風對洪澤湖面安全生產威脅大，因此統計了這5站近10a的6級及以上大風天氣。洪澤湖面共有1268d出現6級及以上大風，平均每年126.8d，約3d就出現1次;8級及以上大風143d，每年不到15d;10級以上大風，湖面只出現5次，歷年極大風速為30.6m/s（11級）。而陸地站6級及以上大風出現天數約為湖面的1/3，其中最多是洪澤站，年均39.7d，其次是泗洪，為37.0d，盱眙和淮安分別32.7d、31.4d;8級及以上大風，也是洪澤站最多，年均為2.1d，泗洪2.0d，淮安1.3d，盱眙最少，年均0.5d;4個陸地站歷年極大風速只達到10級，洪澤、泗洪和淮安僅出現1次，而盱眙從未出現。

圖56級及以上大風月出現天數

6級及以上大風春季出現最多（圖5），其中4月各站均出現最多，湖面上年均15.1d，每2d就出現1次，而最少的淮安也有5.3d;其次是3月，湖面上年均14.4d，最少淮安也有4.3d。9、10月是一年大風天氣出現最少時段，湖面出現天數僅為4月1d，盱眙、洪澤兩站9月份都出現1d，10月份泗洪也只出現1d。8級及以上大風，湖面上4月份出現最多，月均3.0d，其次是8月份，2.7d，冬季和秋季偏少，月均不足1d;陸地站只出現在3、4、5、7、8月這5個月。

5結論

洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站的相互關系系數分別為0.99、0.75、0.97、0.82。由此可見，洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站存在著相互關系，其中洪澤湖中站與洪澤和泗洪2站關系最為密切。

對洪澤湖中站、洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站2009—2018年觀測的2min風速年值序列進行均一性分析，應用t檢驗方法，各站均通過了顯著性檢驗。因此，將洪澤湖中站和洪澤、淮安、泗洪、盱眙4個站比較分析是有合理性的。

4個陸地站與洪澤湖中2min、10min風速年平均值差值相對較小，月平均值分月比較，9月是4個陸地站中與洪澤湖中站相差最大，6月份差值最小。

4個陸地站與洪澤湖中最大風速年平均值比較，差異明顯。最大風速月平均值分月比較，8月差值最大，差值范圍在4.0～4.7m/s之間，而1月份差值最小。

4個陸地站與洪澤湖中極大風速年平均值比較，差異也明顯，對極大風速月平均值分月比較，8月4個陸地站與洪澤湖中站差值最大，3月差值最小。洪澤湖面近10a共有1268d出現6級及以上以上大風，平均每年126.8d，約3d就出現1次;8級及以上大風143d，每年不到15d，而陸地站6級及以上以上大風出現天數約為湖面的1/3。6級及以上大風春季出現最多，其中4月各站均出現最多，9月、10月是一年大風天氣出現最少時段。

參考文獻

[1] 黃菊梅，何筱仙，吳思雁，等.洞庭湖濱湖酸雨特征及氣象影響因子[J].氣象與環境科學，2019，42（2）：82-88.

[2]蔡榮輝，姚蓉，黃小玉，等.洞庭湖區域雷暴大風分型及預報分析研究[J].氣象，2017，43（5）：560-572.

[3]王詠薇，齊德莉，邱陽陽，等.小型水體對氣溫觀測環境影響的初步模擬分析[J].氣象科學，2017，37（3）：304316.

[4] 韓美，高珊，曾瑾瑜，高聰暉.臺灣海峽西岸海霧研究現狀與未來發展方向[J].氣象科技，2016，44（6）：928-936.

[5] 周英，袁久坤.三峽庫區“腹心”地帶蓄水前后氣溫變化特征[J].氣象科技，2016，44（5）：783-787.

[6]湯天然，袁馬強，曹芳.太湖及與湖岸城市間大氣顆粒物分布特征分析[J].氣象科學，2016，36（6）：819-825.

[7]吳丹暉，曾剛.近20 a孟加拉灣海表溫度變化對南海夏季風爆發早晚的影響[J].氣象科學，2016，36（3）：358-365.

[8]李俊樂，范廣洲，周定文，等.高原夏季風與南海夏季風關系及其影響[J].氣象科學，2015，35（5）：565-573.

[9]黃菊梅，鄒用昌，蔡海朝，等.近60a來洞庭湖區氣溫的變化特征[J].氣象科學，2013，33（4）：457-463.

[10]莊智福，丁慧，袁志勇，等.洪澤湖區風能資源的數值模擬與應用[J].氣象科學，2011（S1）：43-48.

[11]李蒙，謝國清，魯韋坤，等.氣象條件對滇池水華分布的影響[J].氣象科學，2011（5） ：639-645.

[12] 陳翔，高文亮，劉杰，等. 洪澤湖區的氣溫特征及其對蘇北氣溫分布的影響[J].氣象與環境科學，2011（S1）：120-124.

[13]馬洪亮，馬燕，薛福民.天山天池近49年氣候變化特征[J].氣象科技，2010，38（2）：209-213.

[14]劉甜甜，郭海峰，禹偉，等.洞庭湖區的氣溫特征及其對湖南氣溫分布的影響[J].氣象，2008，34（10）：108-114.

[15]馬占山， 張強，秦琰琰. 三峽水庫對區域氣候影響的數值模擬分析[J].長江流域資源與環境，2010，19（9）：1044-1052.

[16]劉召華，王金海，揚云.商城庫區氣候生態資源開發利用研究[J].氣象與環境科學，2006（2）：60-61.

[17] 施能.氣象科研與預報中的多元分析方法[M].北京：氣象出版社，2002：1-10.