1979—2018年九仙山風的變化特征統計分析

蘇文元 葉曉冰 楊慶波 賴輝煌

(1.福建省德化九仙山氣象站， 福建 泉州 362503；2.福建省永春縣氣象局， 福建 泉州 362601)

風是重要的氣象要素之一，是研究大氣動力學和氣候變化的一個重要參量，風向和風速的產生主要受大氣環流形勢、地表摩擦、地形因素等影響，風向和風速的變化與大氣的能量和物質循環緊密相關，它的發生常伴隨著降溫、雷暴、降水等天氣現象，對生態環境、農業生產、城市建設和民眾生活帶來影響，對區域氣候也有著重大影響。地面及高空的風速和風向的觀測對于城市建設、空氣污染擴散、氣候研究、風資源利用等具有重要意義。近年來，眾多學者對地面及高空風的研究結果顯示，全國的平均風速呈顯著減弱趨勢[1-4]。九仙山氣象站(25.43°N、118.06°E)為高山氣象觀測站，地處福建省中部的泉州市德化縣風景名勝區九仙山山頂，觀測場海拔高度1651.5m，與“閩中屋脊”戴云山最高峰 (1856m)相距8.9km，高度接近對流層自由大氣的底部。幾十年來觀測數據沒有中斷，數據的連續性、完整性、可用性保持較好，具有一定的代表性。九仙山周邊的環境保持較好，受環境變化影響小，氣象要素的變化具有良好的預報指示作用，其風向、風速變化可以從一個側面直觀地反映自由大氣底部的環流特征[1]。目前國內針對高山站風氣候變化的研究比較少，本文著重探討九仙山高山站風的氣候變化特征和演變規律，其研究結果對于分析高山風速變化的原因、了解自由大氣底部環流的氣候變化[1]，以及深入理解區域氣侯變化機理具有實際參考意義。

1 研究資料與分析方法

九仙山氣象觀測站1955年建站，10月開始常規氣象要素觀測，站址未發生變動，所有觀測記錄完整連續。本文選取1979—2018年九仙山地面氣象觀測站器測10m高程的2分鐘平均(定時)風，資料引入采用報表實有觀測次數，日觀測次數1979—2018年均為4次，期間無缺測記錄，資料統計按照《月地面氣象記錄處理和報表編制規范》。測風儀器均使用EL型電接風向風速計，自2005年1月開始使用風向風速傳感器。冬季結冰時，按觀測規范要求均采用三杯式輕便風向風速表進行補測代替。文中分析均基于1979—2018年40年標準氣候平均值;季節劃分：3～6月為春季，7～9月為夏季，10～11月為秋季，12月至次年2月為冬季。

對年、季、月平均風速、8級以上大風日數、最大風速、16個風向出現頻率等時間序列進行一次線性趨勢分析擬合。

2 九仙山風的季節變化特征

2.1 風向頻率及對應風速的季節變化特征

九仙山地處福建中部，福建在一年中大部分時間是受西風環流控制。閩東南沿海地區屬南亞熱帶季風氣候，其季風特征主要表現為存在兩支主要的季風環流，即冬季盛行東北季風和夏季盛行西南季風[6]。由于春、夏季東南沿海經常受強對流中小尺度系統和臺風的影響，強對流中小尺度系統和臺風的風速比冬季的寒潮、冷空氣所產生的風速要大，所以一年中最大的風速均出現在春、夏季，又以春季居多。

表1為九仙山逐月最多風向、出現頻率及平均風速。由表1可見，1～12月的主導風向是WSW→SW→E→ENE進行轉變，1～6月最多風向為西西南(WSW)風，占全年的50%，6月西南風頻率(21%)為年內次大，對應風速為8.0m/s；7月以西南(SW)風為主導風向，8月轉為以東風(E)為主導風向，7～8月為季節風向轉變的過渡期，9～12月以東東北(ENE)風向為主，10月風向頻率(24%)為年內最大，對應風速為6.9m/s。圖1為1979—2018年九仙山風向頻率與平均風速玫瑰圖。由圖1可見，九仙山全年以西西南(WSW)風為主導，風速也是以西南風時最大。由此可見，九仙山1～6月盛行西南風，9～12月盛行東北風，7月、8月為夏季風向冬季風轉換的過渡期。1月、2月屬冬天，本應以北風或東北風為主導，但實際上還是以西南風為主導風向，分析判斷后認定作為冬季風轉為夏季風的過渡期,主要受西南氣流控制有關。

表1 1979—2018年九仙山月際主導風向、出現頻率及平均風速的統計結果

2.2 平均風速的季節變化特征

圖2為九仙山1979—2018年逐月平均風速變化趨勢圖。由圖2可見，九仙山1～12月的平均風速呈線性減小的變化趨勢。年平均風速為7.0 m/s。2月風速逐步增強，3月達到一個小高峰7.9 m/s，4月又開始回落減小，6月達到一年中的最大值8.0 m/s，7月又開始減小，8月起趨于平穩并逐漸走低。由上分析可知，九仙山年內盛行風具有顯著的季節變化，春季風速逐漸增大，6月達到最大，夏季7月開始逐漸減小，8月、9月趨于平穩，秋季有點小波動，冬季基本回落。其風向風速的變化與東亞季風系統的冬、夏季風活動密切相關，具體表現為:冬季中后期與春季盛行西南風，夏季后期與秋季盛行偏北風。

圖2 1979—2018年月際平均風速變化趨勢圖

圖3為1979—2018年九仙山四季平均風速變化趨勢圖。由圖3可見，春季的風速明顯較大，一年四季中平均風速最大值出現在春季居多，這與春季出現較多強對流中小尺度系統所產生的極大風有關，也與圖2逐月平均風速變化趨勢的分析相吻合。從線性趨勢上看，春、夏、秋、冬四季的平均風速也是呈減小趨勢。

圖3 1979—2018年四季平均風速變化趨勢圖

2.3 8級以上大風日數的季節變化特征

圖4 為1979—2018年四季8級以上大風日數變化趨勢圖。由圖4可見，一年四季中出現8級以上大風日數最多的是發生在春季，與四季平均風速的季節變化的結果是一致的，這與春季出現較多強對流中小尺度系統所產生的極大風有關，也與春季作為冬季風與夏季風的轉變過渡期，受到西風環流與東北季風的共同影響，導致出現了較多的大風有關。

圖4 1979—2018年四季8級以上大風日數變化趨勢圖

3 平均風速年際變化特征和8級以上大風日數的變化特征

3.1 平均風速年際變化特征

圖5為九仙山1979—2018年年際平均風速變化趨勢圖，由圖5可見，40年來九仙山的平均風速總體呈明顯的下降趨勢,年氣候傾向率為-0.016 m/s。年最大風速出現在2005年，風速為8.3 m/s，年最小風速出現在2018年，風速為6.0 m/s。40年的年平均風速變化出現“三起三落”3個階段，1979-1986年趨于動蕩趨勢；1987-1988年呈較強的増長趨勢，年平均風速達到8.0 m/s；1989-2004年趨于平穩狀態，其中1998年又呈現較強的增大趨勢；1999—2004年回落動蕩整合；2005年達到最高峰；2006年之后下降并趨于逐步減小的狀態。前30年中，6～10年都會出現一波快速增大的情況，較大的風速維持在1979-1999年，2000年開始風速呈十分明顯的持續下降趨勢，滑動平均曲線表明2000年開始平均風速下降到均值以下，雖然2005年反彈并達到歷史最高，但是之后的回落并保持一路的走低，與全國地面風速變化的情況基本一致，說明高海拔地區的風速也是呈減弱趨勢。

圖5 1979—2018年九仙山年際平均風速變化趨勢圖

3.2 8級以上大風日數的年際與月際變化特征

圖6為九仙山1979—2018年年際8級以上大風日數變化趨勢圖。由圖6可見，40年來，8級以上大風日數呈線性減少趨勢。40年間出現3次高峰期，1979-1988年間出現一次高峰期，1988年出現203天的8級以上大風，也是40年中最多的天數；第二次高峰期出現在1989-1998年間，1999—2005年出現了第三次高峰期；2006年以后動蕩回落，呈逐年減少的趨勢，最少的一年出現在2018年，僅有93天。經過分析，2006年以后8級以上大風日數開始出現回落減少的狀況，與自動站的安裝使用以及使用的設備有關聯。2006年自動站開始運行后，儀器的自動觀測與人工觀測存在的誤差也比較明顯，由于自動站儀器觀測精度較高，導致測量下來的數據與人工觀測的數據存在比較大的誤差，但是整體呈現逐年減少的變化趨勢還是與平均風速的變化趨勢相吻合。

圖6 1979—2018年年際8級以上大風日數變化趨勢圖

圖7是九仙山 1979—2018年月際8級以上大風日數變化趨勢圖。由圖7可見，3月份8級以上大風日數出現16.3天，達到一個小高潮后回落，6月份達到一年中的頂峰，達到了16.5天。7月份、8月份一路下降，9月～11月基本持平維穩，12月份降到最低。一年中8級以上大風日數最多的出現在春季的3月和6月，與月際平均風速變化趨勢和四季平均風速變化趨勢的分析結果相吻合。

圖7 1979—2018年月際8級以上大風日數變化趨勢圖

4 最大風速值的變化特征

圖8為1979—2018年九仙山年際最大風速值變化趨勢圖。由圖8可見，40年間總體上各年最大風速值呈線性減小趨勢。風速最大值為34.0m/s,曾出現兩次，一次出現在1985年，一次出現在2005年。最大風速的最小值為21.1m/s，出現在2017年。1979-2005年間呈動蕩狀態，2005年后呈現明顯的減小趨勢。之所以出現這些現象，可能與風速觀測氣象儀器變動及最大風速的取值方式不同有關，早期的最大風速是對EL型電接風向風速自計紙進行人工整理并挑取最大值，由于存在誤差，挑取的最大值有偏差，甚至有偏大的可能性，2006年后改用高精度的風向風速傳感器進行觀測后，所采集到的實時分鐘數據能更好地體現九仙山上的實際風速值的變化情況。

圖8 1979—2018年九仙山年際最大風速值變化趨勢圖

5 結論

(1)近40年九仙山年平均風速與全國地面風速的變化特征基本一致，呈明顯下降趨勢。西西南(WSW)風為年內最多、風速最強盛的風向。

(2)九仙山盛行風具有顯著的季節變化，1～6月盛行西南風，9～12月盛行東北風。春季風速明顯大于其它季節的風速。一年四季的平均風速呈減小的趨勢。

(3)40年間8級以上大風日數也是呈線性減少的趨勢，一年四季中出現8級以上大風日數最多的是發生在3月和6月。

(4)最大風速值的年際變化呈線性減小的趨勢。一年中最大風速產生于春、夏季，又以春季居多。