南陽高空邊界層風(fēng)的分析

摘要：本文利用2014-2018年5年的高空氣象探測資料，歸納總結(jié)出南陽上空海拔6000m以下高空風(fēng)的變化及分布規(guī)律，為進(jìn)一步做好氣象服務(wù)和氣象科學(xué)研究提供更加詳盡的技術(shù)資料。統(tǒng)計結(jié)果顯示2000m以下的邊界層內(nèi)無論春夏秋冬風(fēng)速占比最多的都是3-5.9m/s，風(fēng)速隨著高度升高都有一個逐漸加大然后減小的過程。2000m以上風(fēng)速逐漸增大，但不同季節(jié)增幅不同，冬季最大，夏季最小。同一高度的風(fēng)速大于10m/s的占比在春季都要大于其它季節(jié)。風(fēng)向在邊界層內(nèi)變化基本符合埃克曼螺線，隨著高度升高風(fēng)向逐漸向右偏轉(zhuǎn)，之后逐漸轉(zhuǎn)入偏西風(fēng)。在邊界層內(nèi)冬春秋季以東北風(fēng)居多，夏季則以南風(fēng)和西南風(fēng)居多。

關(guān)鍵詞：邊界層;風(fēng)向;風(fēng)速

一切的天氣氣候的變化都是在空氣運(yùn)動過程中產(chǎn)生的，空氣相對地面的水平運(yùn)動就是氣象觀測中的風(fēng)。風(fēng)是大規(guī)模水分、熱量的運(yùn)載著，又能促進(jìn)不同性質(zhì)的氣團(tuán)相互接近，相互作用[1]。對高空風(fēng)分布的特征進(jìn)行分析對深入研究當(dāng)?shù)貧夂蛐纬杉把葑兤鸬椒e極的作用。另外，了解當(dāng)?shù)剡吔鐚语L(fēng)的變化規(guī)律對于本地上空污染物的擴(kuò)散方向有了清晰的認(rèn)識，對于大氣污染防治、城市規(guī)劃以及應(yīng)急氣象服務(wù)等均有重要的意義。很多同行和前輩在這方面都有一定的探索[2-5]，但據(jù)了解目前還沒有利用實(shí)時探測資料對南陽上空風(fēng)的分布規(guī)律進(jìn)行分析研究的。因此，此次對南陽上空高空風(fēng)的分布特征進(jìn)行分析是很有必要的。本文利用南陽高空站單站高空風(fēng)資料，對不同高度層的風(fēng)向，出現(xiàn)的頻次，風(fēng)速隨季節(jié)的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1.??? 數(shù)據(jù)來源與方法

研究數(shù)據(jù)采用的是南陽高空站2014年 -2018年5年的L波段雷達(dá)探測的高空風(fēng)資料。每天的資料由07時和19時兩個正點(diǎn)觀測時次獲取。L波段雷達(dá)是南陽站2005年開始使用的，它具有探測精度高，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。測風(fēng)方法是利用雷達(dá)實(shí)時跟蹤升空氫氣球下攜帶的電子探空儀，從而測得每秒鐘氣球所處的的仰角、方位和斜距，進(jìn)而可計算出地面至大概35KM范圍內(nèi)各高度層的風(fēng)向、風(fēng)速。本次根據(jù)需要統(tǒng)計300，400，500，600，700，800，900，1000，1200，1400，1600，1800，2000，3000，4000，5000，6000m，17個高度層的風(fēng)向、風(fēng)速，分季節(jié)進(jìn)行統(tǒng)計，每個季節(jié)取一個月份數(shù)據(jù)作為代表。統(tǒng)計的高度層均為距測站的海拔高度，南陽站雷達(dá)天線的海拔高度是186m。

2.??? 統(tǒng)計分析結(jié)果

2.1? 風(fēng)速的分布特征

風(fēng)速是按照1～2.9m/s，3～5.9m/s，6～7.9m/s，8～9.9m/s，大于10m/s五個區(qū)間分層進(jìn)行統(tǒng)計的。統(tǒng)計結(jié)果顯示，同一季節(jié)變化趨勢基本相同，所以取一月、四月、七月、十月分別代表冬春夏秋四季。風(fēng)速隨高度的變化分布曲線如下圖：冬季在2300m以下風(fēng)速占比最大的是3～5.9m/s，其次是6～7.9m/s，但在500m以下占比第二大的是風(fēng)速1～2.9m/s，說明冬季近地面層容易出現(xiàn)較小風(fēng)速，而冬季又容易出現(xiàn)逆溫，不利于大氣中污染物的擴(kuò)散，所以這也是冬季容易出現(xiàn)污染天氣的原因。在2300m以上風(fēng)速大于10m/s的占比迅速加大，到6000m高度已達(dá)到97%。春季在3300m以下風(fēng)速最大占比都是3～5.9m/s，而僅次于此的風(fēng)速占比是大于10m/s，說明春季低空風(fēng)比較大。統(tǒng)計結(jié)果也顯示2000m以下同一高度春季風(fēng)速最大。

夏季整體來說風(fēng)速都比較小，在統(tǒng)計的6000m以下基本都以3～5.9m/s的風(fēng)速為主。秋季和春季的變化趨勢接近，只是在低空秋季風(fēng)速整體小于春季。

五年來300m高度出現(xiàn)的最大風(fēng)速為18m/s，400m高度出現(xiàn)的最大風(fēng)速為20m/s，2000m以下的其余各層最大風(fēng)速都在23～25m/s之間，2000m的最大風(fēng)速為27m/s。2000m以下的各高度層的最小風(fēng)速均為靜風(fēng)。以高空氣象觀測正點(diǎn)時次07時和19時觀測的規(guī)定高度層的風(fēng)速平均值作圖顯示：500m以下風(fēng)速隨著高度升高而增大較為明顯，但由此向上至2000m附近無論哪個季節(jié)都有一段變化平緩期，這也符合了北半球中緯度地區(qū)高空風(fēng)的變化規(guī)律，埃克曼螺線所描述的那樣，在較低高度，風(fēng)速隨高度的升高增加很快，隨著高度的升高，風(fēng)速增速緩慢，風(fēng)向向右偏轉(zhuǎn)。

2.2? 風(fēng)向的分布規(guī)律：

2.2.1????? 同一高度在不同季節(jié)風(fēng)向的分布規(guī)律

下圖以海拔300m、400m高度為例展示同一高度在不同季節(jié)的風(fēng)玫瑰圖。它是以十六方位出現(xiàn)的風(fēng)向所占的次數(shù)為結(jié)果顯示的。

從圖中可以看出，同一高度在不同季節(jié)風(fēng)向的分布是不同的。統(tǒng)計顯示在邊界層附近差異較大，冬季秋季以東北風(fēng)和偏東風(fēng)為主，夏季以西南風(fēng)為主，春季則以東北和西南居多。3000m以上的高度隨四季的變化風(fēng)向差異逐漸縮小，基本以偏西風(fēng)為主，只是夏季南偏西，其它季節(jié)北偏西。

2.2.2????? 同一季節(jié)不同高度風(fēng)的變化

從統(tǒng)計結(jié)果得出，在冬季1000m以下都是以東北風(fēng)為主，東東北次之，到1200m風(fēng)向有一個向右偏轉(zhuǎn)的趨勢，是以東東北為主，西西北次之，隨后風(fēng)向開始向北向西偏轉(zhuǎn)，到4000m高度基本都是以西風(fēng)和西西北風(fēng)為主了。

春季在1000m及以下各高度風(fēng)向都是以東北風(fēng)為主，南西南次之，1200～2000m主要以北東北和東北風(fēng)為主，隨后風(fēng)向向西偏轉(zhuǎn)，到6000m轉(zhuǎn)為西風(fēng)為主。

夏季3000m以下的主要風(fēng)向以南西南和南風(fēng)為主，隨后向西偏轉(zhuǎn)，以西西南為主。次之的風(fēng)向在900m以下則是以東北或東東北風(fēng)和南、西南風(fēng)交替出現(xiàn)，比如300m次之風(fēng)向是東東北，400m的次之風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，而500m的次之風(fēng)向又為東北。從數(shù)值上來看是交替出現(xiàn)，實(shí)際除300m的次之風(fēng)向以東北風(fēng)為主之外，其它層次的東北和西南風(fēng)的占比相差不大。隨后向北向西偏轉(zhuǎn)。

秋季600m以下以東北風(fēng)為主，700～1600m基本以東東北、東風(fēng)和東北風(fēng)為主，到1800m轉(zhuǎn)為北風(fēng)為主，隨后向西偏轉(zhuǎn)，4000m開始轉(zhuǎn)為正西風(fēng)為主。

下圖為一月份風(fēng)隨高度的變化趨勢

4.結(jié)束語

南陽地處北緯33°03′，屬于亞熱帶季風(fēng)型大陸性氣侯，四季分明，盛行風(fēng)向有明顯的季節(jié)變化，邊界層低層（300-1000）m風(fēng)向在冬季和秋季以東北風(fēng)為主，夏季西南風(fēng)偏多，春季東北和西南風(fēng)向所占比例幾乎相當(dāng)，東北風(fēng)略多。而在上層（1000-2000）m風(fēng)向秋冬季以北風(fēng)和西北風(fēng)為主，春季以北風(fēng)和東北風(fēng)為主，而夏季還是以西南風(fēng)居多，東北風(fēng)次之。主要由于春季大陸氣團(tuán)逐漸減弱，西南氣流不斷向北輸送，所以南陽春季偏南風(fēng)增多，但由于受盆地地形影響，還是東北風(fēng)所占頻次略多。而夏季主要受熱帶海洋氣團(tuán)控制，因而以南風(fēng)和西南風(fēng)為主[3]。在邊界層內(nèi)風(fēng)隨高度的變化實(shí)際既受摩擦力隨高度變化的影響，又受氣壓梯度力隨高度變化的影響，所以風(fēng)向的變化并不完全符合埃克曼螺線[6]。

以往南陽只有地面風(fēng)的統(tǒng)計結(jié)果，具有一定的局限性，不夠全面。現(xiàn)在有了高空風(fēng)的統(tǒng)計結(jié)果，對于當(dāng)?shù)匚廴疚锏呐欧磐ǖ烙辛烁逦恼J(rèn)識，對于城市通風(fēng)廊道建設(shè)也有積極的意義。對做好氣候評價，提供更好的氣象服務(wù)也有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅漢民，譚克光等，氣候?qū)W[M]，氣象出版社，1980年.

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[3] 劉晶，賀俊艷，通遼大氣邊界層風(fēng)變化特征[J]，畜牧與飼料科學(xué)，2011年第3 期.

[4] 胡軼鑫，劉玉英等延吉市邊界層風(fēng)場特征分析[J]，吉林氣象，2013年第4 期，28-32.

[5] 溫洛，陳建新，陳燕，南陽市主導(dǎo)風(fēng)向及風(fēng)速分布[J]，河南氣象，2004年第3 期.

[6] 李愛貞，劉厚鳳，氣象學(xué)與氣候?qū)W基礎(chǔ)[M]，氣象出版社，2001年.

作者簡介：

張雪玲（1975年3月）女，南陽，本科，職稱：副高，研究方向：大氣科學(xué)，作者長期從事氣象觀測工作，有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)技能在本單位中處于領(lǐng)先水平，參與過多項(xiàng)科研項(xiàng)目，公開發(fā)表過多篇論文。