风与观测环境

李凤云，王玉山，杨建红，潘清未

(山东省德州市气象局，山东 德州 253078)

1 引言

由于风对于地球上热量和水分的输送起着重要作用，直接影响着各地区天气的变化和气候特征。观测环境是为避开各种干扰，保证气象探测设施准确获取探测信息所必需的最小距离所构成的环境空间，是观测数据代表性、准确性、比较性(以下简称“三性”)的重要保证［1］。因此，中国气象局一再强调，严格执行气象探测环境保护条例，确保获取的气象资料具有“三性”。但随着经济社会不断发展，有诸多因素不可抗拒。

德州观测站在2006年前由于观测环境遭到严重破坏，观测资料已失去“三性”，经上级气象主管部门批准，于2006年1月1日搬到符合《地面气象观测规范》(以下简称《规范》)要求的新观测场进行观测，可是“好境”不长，2008年12月下旬开始至2009年，皇明集团在观测场东北—北西北方盖起了居民楼，气象要素观测再次受到影响，特别是对风记录的影响尤为严重。吴利红等曾对浙江省近34 a平均风速序列均一性进行过研究［2］;高晓蓉等对五台山历史资料均一性进行分析［3］;文献［4］－［11］曾对观测环境对气象要素的影响进行过探讨，均得出观测环境出现障碍物使风速减小的结论，但观测环境对风向及其出现频率影响有多大至今不曾发现有人研究。由于德州观测场迁站不久，短时间内再次迁站存在一定难度，因此作者根据现有状况对本站不同时期以及与临站同时期的风资料进行统计分析，以便气象人员更好的利用本站资料服务于社会。针对增雨作业的时机选择需要更进一步深入研究。

2 资料与处理

2.1 资料来源与测点环境

资料来源于德州观测站和陵县观测站，两站相距约30 km，属于鲁西北平原。2006—2008年12月上旬德州观测环境符合《规范》要求，之后皇明集团在观测场东北—北西北方向逐渐盖起了居民楼“蔚来城”(以下称建筑物)，楼体并未成排，之间存有一定距离。其中东北方向楼高54 m，距观测场215 m(下面所说“距离”均指楼房距观测场的距离)，仰角14°，宽度角11°;北东北方向楼高36 m，距离171 m，仰角12°，宽度角19°;北方楼高36 m，距离162 m，仰角13°，宽度角22°;北西北方向楼高54 m，距离171 m，仰角18°，宽度角17°。陵县2006—2012年观测环境变化不大，基本符合《规范》要求。

2.2 资料统计方法

选取德州与陵县2006—2012年逐年风的16 方位资料中:风速合计、出现回数、平均风速、最大风速及年最多风向和频率，统计方法如下:

某风向平均风速=历年该风向的风速年合计之和/历年该风向出现次数之和

某风向平均出现回数=历年该风向出现回数总和/资料统计年份。

3 统计结果

3.1 趋势变化

统计发现:德州与陵县NE、NNE、N、NNW 4个风向出现次数、平均风速、最大风速在2009年前2站接近，2009年后德州在以上4个方向明显小于陵县，以N 最突出。E、NW、WNW 3个风向，2009年前，3个风向出现次数2 站接近，2009年后德州出现次数呈明显增加趋势，E 尤为明显，但平均风速、最大风速变化不大，变化趋势与陵县接近;其他方向虽有变化，但变化趋势两站接近。

3.2 建筑物遮挡前后平均状况

统计建筑物遮挡前后得出结果(见表1)，因从平均状况来看，建筑物阻挡方向最大风速变化不太明显，所以表中只列出了平均回数和平均风速。

表1 德州与陵县2006—2012年各风向年平均出现次数(次)。平均风速(m/s)

续表1 德州与陵县2006—2012年各风向年平均出现次数(次)。平均风速(m/s)

从表1 看出:在2006—2008年，德州N、NNE、S、NNW 4个风向平均出现次数多于陵县，以N、S 最明显，而2009—2012年明显少于陵县;德州E、ESE、SSE 3个风向平均出现次数在2006—2008年接近陵县，而2009—2012年多于陵县，以E 最明显。从表1 中还可以看出，年平均出现次数最多风向由2006—2008年的S 转为E(即年最多风向发生了变化)。综合表1 得出德州站2009—2012年比2006—2008年:N年均出现次数减少79 次，平均风速减少0.9 m/s;NNE年均出现次数减少57 次，平均风速减少0.8 m/s;NE年均出现次数减少40 次，平均风速减少0.9 m/s;NNW年均出现次数减少29次，平均风速减少0.1 m/s;从表1 中还可以看出:其他方向同样不同程度受到影响，由此可知:测站某方出现障碍物时，不但对障碍物所在方向的风造成影响，对相邻或相对方向也会有影响。

统计德州和陵县2006—2012年年最多风向及出现频率得出表2，从表中可看出，在2006—2009年德州和陵县最多风向及出现频率相近或相同，2009年德州站在东北—北西北方向楼房逐步建成，对年最多风向影响不大，但2010—2012年明显发生变化，由S(或SSW)变为E，风的出现回数发生变化，从而影响年主导风向，而陵县观测环境变化不大，所以年最多风向基本没变。

表2 德州和陵县2006—2012年年最多风向及出现频率(%)

4 原因分析

楼体之间虽有间隙但因以北方为主，所以N 出现回数、平均风速、最大风速影响最明显，而由于空气具有钝体绕流现象，当北方来的空气遇到建筑物时，一部分从楼体之间沿北方影响测站(此股空气因受建筑物阻挡，势力明显被削弱，从而导致平均风速、最大风速减小)，另外一部分分别绕西北和东方影响测站;而从北东北、东北方来的空气，一部分沿楼体间隙分别从北东北、东北方影响测站(同样这两方向空气势力减弱，平均风速、最大风速减小)另一部分绕过建筑物从E 方影响测站，这样就变成北方、北东北方、东北方来的空气再加东方本身4个方向的空气均从东方影响测站，从而使E 出现回数明显增加，而北西北方来的空气一部分从楼体之间沿北西北方影响测站(此股空气同样受阻，势力减弱，平均风速、最大风速减小)，另一部分空气从西北影响测站，因此西北方受北方来的一部分、北西北来的一部分再加西北本身3 方来的空气影响，相对而言，NW 出现回数虽然呈增加趋势，但没有E 明显。又因空气钝体绕流并不十分有规律，所以其相邻的ESE、WNW 出现回数也呈增加趋势。而建筑物相对方向，也因其对流方向受阻，从而使风向出现回数、平均风速发生变化。德州站多年的年最多风向S 或SSW 虽然与陵县变化趋势相同，因S 减少幅度明显大于陵县，而E 出现回数明显增多，因此，年主导风向发生变化，由原来的S(或SSW)转为E。

5 结论与建议

①当测站附近出现障碍物时，不但障碍物方向风记录发生变化，其相邻或相对方向风也发生变化，从而使该站风资料失去代表性、准确性、比较性。

②测站周围环境出现障碍物时，不仅对风资料有影响，对其他气象要素同样有影响，有待于进一步研究。

③观测环境保护是一项重要且亟待解决的问题，应严格执行观测环境保护条例，地方人民政府应当按照气象设施建设规划的要求，合理安排气象设施建设用地，保障气象设施建设顺利进行，确保观测资料具备“三性”，以使气象更好的服务于社会。

［1］中国气象局. 地面气象观测规范［M］. 北京:气象出版社，2003.

［2］吴利红，骆月珍，孙莉莉. 浙江省近34年年平均风速序列均一性检验研究［J］. 气象科技，2008，36(5):661－665.

［3］高晓容，李庆祥，董文杰. 五台山站历史气候资料的均一性分析［J］. 气象科技，2008，36(1):112－118.

［4］陈贵川，卞林根，李平，等. 国家气候观象台建设观测环境问题［J］. 气象科技，2008，36(2):244－248.

［5］吴利红，康丽莉，陈海燕，等. 地面气象站环境变化对气温序列均一性影响［J］. 气象科技，2007，35(2):152－156.

［6］娄德君，李治民，孙卫国. 夏季不同下垫面气象要素的对比分析［J］. 气象科技，2006，34(2):166－168.

［7］刘勇，王东勇，田红，等. 气象观测环境的变化对气温序列的影响分析［J］. 气象科学，2006，26(4):437－440.

［8］马凤莲，刘园园，周士茹，等. 从对比观测资料看城镇化对气象要素的影响［J］. 干旱气象，2011，(2):205－210.

［9］孙丽华，吕宝峰，张宝贵. 秦皇岛探测环境变化对气象要素的影响［J］. 中国环境管理干部学院学报，2009，(4):37－40.

［10］卢绮玲. 气象观测环境变化对气象记录准确性的影响情况分析［J］. 广东气象，2003，(2):37－39.

［11］谢韶，谢开川，何什芬. 观测环境的变化对电白观测站气象要素的影响［J］. 广东气象，2008，(S2):3－5.