中條山西南部山區風向風速資料分析＊

范秀平，戴翠賢，史源香，徐可文，米曉楠

（1.山西省氣象信息中心，山西 太原030006；2.河南省三門峽市氣象局，河南 三門峽472000；3.山西省氣候中心，山西 太原030006）

風能利用研究日益受到科研機構眾多學者的關注，陳艷英[1]模擬了重慶地區風資源的空間分布；馬玲霞等[2]探討了新疆老風口風能資源分布特征；莫芳等[3]對涼山州風資源分布特征進行了分析；段門喜等[4]對山西朔州平魯區1975—2004年逐月風能變化情況進行了分析，得出風功率密度與風速之間有很好的對應關系；江瀅等[5]指出利用氣候模式模擬和預估近地層風速方面的研究還需要做大量試驗。

中條山西南部山區位于晉豫兩省運城、三門峽地區交界處，是中國重要的風電產業發展基地之一。如何有效利用風能發電是該區域加快能源建設、實施可持續發展戰略的現實需要，同時也是推進生態文明建設、加速鄉村振興發展的迫切需求。

1 資料來源及分析方法

1.1 資料來源

2011年后，山西、河南氣象部門大面積鋪開常規氣象觀測站（簡稱“區域站”）建設工程，成為國家地面觀測氣象站（簡稱“國家站”）的重要補充，所采集數據為小尺度天氣系統預報研判、細化分析風資源提供了數據支持。本文利用2014—2018年11個國家地面觀測氣象站、67個常規氣象觀測站（如表1所示）風向風速資料，進行該區域風速日、月、年變化以及風向頻率分析。

表1 參與分析的站點個數及區站號

1.2 分析方法

選用2014—2018年各小時10 min平均風速風向和最大、極大風數據進行分析。其中，最大風速為某時段出現的最大10 min平均風速值，極大風速指某個時間段內出現的最大瞬時風速值，風向方位按16方位統計分析。依據各站小時數據利用地面氣象測報（OSSMO）軟件計算每日平均風速（24時次），挑取日最大、極大風速；計算每月（年）平均風速，挑取月（年）最大、極大風速及月（年）最多風頻。利用Excel軟件做各站的月、季、年風速變化趨勢圖、繪制各站風向玫瑰圖。

2 風速分析

2.1 風速日變化

該地區11個國家站一日（以20：00為日界）當中風資源比較密集的時段集中在08：00—14：00，風速在2～3.5 m/s之間。疊加區域站資料后，有62個區域站風速日變化與國家站類似（如圖1所示），08：00—14：00風速較大，其余時次風速較小，多在11：00風速達到當日最高。日平均風速在1.0～1.9 m/s之間的有40站，在2.0～2.9 m/s之間的有25站，大于3.0 m/s的有8站，其中位于河南三門峽市湖濱區高廟鄉大安村的O2171，各時風速最大，日變化在3.5～4.8 m/s之間。

圖1 中條山西南部山區11個國家站和62個區域站小時風速日變化曲線

但也有5個區域站風速日變化與以上趨勢不一致。O2175、B8278、B8310三站16：00后風速逐漸增大，夜間22：00左右風速逐漸減小，白天08：00—14：00反倒是個低值區。B8157、B8204的日變化曲線有多個高值區，其中04：00—07：00、12：00—14：00風速較大。結合這5站參數及地理環境進行進一步比較分析，除B8204外，其余4站考慮風速日變化規律受站點所處的周圍環境影響，在這些站點附近建立風電場時需考慮周圍環境的影響。

2.2 風速月、季、年變化

1月聞喜、平陸、垣曲有4～6 m/s風速較大區，聞喜、垣曲個別站點風速達到6～8 m/s。2月聞喜、絳縣、垣曲、平陸有4～6 m/s風速較大區，聞喜、絳縣、垣曲個別站點風速達到6～8 m/s。3月絳縣東北部、平陸南部及夏縣的小區域風速較大，其余多數地區風速在2～4 m/s之間。4月多地風速在2～4 m/s之間，少部分在0～2 m/s之間。5月與4月接近，6—10月多地風速小于4 m/s，11、12月風速逐漸增大，平陸南部與三門峽交界處出現4～6 m/s風速區。冬半年風速明顯大于夏半年。春季風速多在2～4 m/s之間，鹽湖區、平陸、垣曲地域內風速多小于2 m/s。夏季北麓風速進一步減小，南麓芮城、平陸、夏縣少部分地區風速在2～4 m/s之間。秋季變化與夏季接近。冬季風速進一步加大，多地風速在2～4 m/s之間，并且在垣曲、聞喜、平陸出現4～6 m/s風速區。因此冬、春季是這個區域風資源比較豐富的季節。

該區北麓年平均風速較小，多在1.0～2.6 m/s之間，只有聞喜中部、鹽湖區北部小部區域風速在2.6～4.0 m/s之間。山區南麓風速相對較大，芮城中部及與河南靈寶交界處風速在2.6～3.2 m/s之間。平陸、夏縣為風速高值區，尤其平陸南部與河南三門峽交界處，風速在4.0～4.8 m/s之間，是風資源密集區。分析各站2014—2018年最大風速資料，永濟靠近中條山附近、芮城西南部和靈寶交界地帶、平陸東南部與三門峽交界地帶、夏縣中部及鹽湖區東北部最大風速可達13～16 m/s，平陸和夏縣最大風速達16～19 m/s。挑取2014—2018年各站極大風資料中最大的一次，芮城西南部和靈寶交界地帶、平陸東南部與三門峽交界地帶仍是極大風活躍區，瞬時風速可達28～32 m/s，以二者為中心，向周邊延伸，極大風速在25～28 m/s之間，僅絳縣與聞喜交界處、垣曲大部、聞喜與夏縣交界處、鹽湖區西部少數地方極大風較小，如圖2所示。

圖2 年平均風速、最大風速、極大風速變化圖

3 風向分析

3.1 風向季變化

利用Excel軟件繪制各站各年的風向玫瑰圖，并按季節綜合分析，如圖3所示。山區春季多數站最多風向為E，夏季多數站最多風向為SSE，秋季多數站最多風向為SE，冬季多數站最多風向為ENE。風電場建設初期不僅應考慮大氣環流背景，還應考慮當地地形、地勢對風的走向的影響，需要參考周邊站點各月風向頻率，同時要關注年最多、次多風向。

圖3 四季最多風向分布圖

3.2 風向年變化

山區年最多風向為E的站較多，其他年最多風向沒有明顯規律。因此具體建立風電場要參考周邊站點，逐一分析其風速、風向變化，綜合考慮。

4 結論

平陸東部、夏縣南部、芮城與靈寶交界處為風資源密集區，是開發風資源、建立風電場的理想選擇。

中條山西南部山區110.43°E—110.67°E之間，111.13°E—111.60°E之間和35.17°N以南為風資源較豐富區，在該區域開發建廠、生態治理或風力發電都需考慮周邊風向風速的季、年變化情況。

山區冬半年風速明顯大于夏半年。冬半年最多風向以ENE、E為主，夏半年最多風向以SSE、SE為主。但不同地方的最多風向除受大氣環流影響外，還受當地地形、海拔高度等的影響，有些站點次多風向和最多風向方位完全相反，因此，需要根據季節做生產上的調整。