文登市风要素的特征分析

2015-02-27周浩亮孙鹏鹏

安徽农业科学 2015年8期

关键词：文登市文登气象局

周浩亮，孙鹏鹏，许可，丛源

(1.山东省威海市气象局，山东威海 264200；2.山东省文登市气象局，山东文登 264400；3.南京信息工程大学，江苏南京 210044)

文登市风要素的特征分析

周浩亮1，孙鹏鹏1，许可3，丛源2

(1.山东省威海市气象局，山东威海 264200；2.山东省文登市气象局，山东文登 264400；3.南京信息工程大学，江苏南京 210044)

利用1981～2010年风向风速观测资料，采用线性回归分析和风向频率玫瑰等方法，分析文登市风速风向的变化特征及风速的年际、季节、日变化幅度。结果表明，近30年文登市平均风速为3.4 m/s；春季最大，冬季次之，秋季最小；风速通常是午后大，午夜至清晨小；近30年平均风速呈上升趋势，年平均最大风速为17.2 m/s，年平均大风日数为21.1 d；出现最多风向为C、NNW和S。

风速变化；风向频率；特征；文登市

社会发展离不开能源保障，在世界各国面临能源危机和环境污染的双重压力下，应对气候变化提倡低碳和无碳能源已成为新的热点[1]。风能资源作为一种干净的、无污染、可再生能源，在能源结构多元化发展中具有很大的发展潜力[2]。文登地处山东半岛东部，海岸线长达155.88 km，山地面积占19%，西部的昆嵛山脉是“胶东屋脊”，风能资源丰富。良好的资源优势和发展环境，吸引了众多风电企业的目光。自2009年起，大唐、中广核等知名风电企业齐聚文登。笔者利用文登市气象局1981～2010年风资料，统计分析出风要素的变化特征，为风力资源评估提供依据，提高风能利用率。

1 资料与方法

利用文登市气象观测站1981～2010年逐月平均风速、逐月最大风速、年平均风速、年最大风速及各风向频率等资料，分析1981～2010年多年风向风速的变化幅度。采用线性平均分析法，回归方程为y=ax+b，式中，b为常数，a为回归系数，气象上称气候倾向率，当a为正(负)时，表示气象要素值在计算时间内线性增加(减小)；x代表年份。

2 结果与分析

2.1 平均风速变化特征

2.1.1年变化和年代际特征。据资料统计(图1)，1981～2010年文登市年平均风速为3.4 m/s，年平均风速最大值出现在 2005年，为4.4 m/s；年平均风速最小值出现在2003和2004年，均为2.8 m/s。年平均变化分3个阶段，1981～1991年风速基本接近多年平均值；1992～2004年风速偏小，均低于多年平均值；2005～2010年为风速偏大时期，年平均风速为3.9～4.4 m/s。由于上升的幅度大于下降的幅度，总趋势仍为上升。

图1 1981～2010年文登市年平均风速变化

2.1.2季节变化。大气环流和天气系统具有明显的季节性特征，而风又直接受二者的影响。因此，有必要分析一下风速的季节变化。从图2可以看出，开发风能资源的最好季节是春季(3～5月)，平均风速为4.0 m/s，其中以4月最大，平均风速达4.3 m/s；夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12～次年2月)平均风速相差不大，分别为3.3、2.9、3.4 m/s，其中以9月最小，平均风速仅为2.5 m/s 。

图2 1981～2010年文登市月平均风速变化

2.1.3日变化。风速具有明显的日变化规律，通常是午后大、午夜至清晨小。因为近地面层大气中风速日变化主要决定于湍流变换的日变化[3]。日出以后，地面逐渐受热，近地面空气开始升温，逐渐形成不稳定大气层结，上下层空气的湍流交换开始加强，上层空气的动量下传使得近地层空气获得动量，风速逐渐增大，风速在午后达到最大。午后地面温度逐渐下降，湍流交换逐渐减弱，风速也不断减小。夜间，由于地面辐射冷却作用，近地面空气降温，易形成稳定大气层结，该层结不利于空气动量下传，而地面摩擦作用使得近地面风速减小，这样一直持续到夜间，至清晨时风速达到最小。从多年自记风资料统计，日最大风速多出现在15：00～17：00，日最小风速多出现在日出前后。这种规律晴天较阴天明显，若有较强天气系统影响时，此规律也不明显。

2.2 最大风速变化特征1981～2010年文登市年平均最大风速为17.2 m/s，年极大风速的最大值为32.1 m/s，出现在3月，年极大风速的最小值为19.6 m/s，出现在9月；年最大风速的最大值为23.7 m/s，出现在4月，年最大风速的最小值为15.9 m/s，出现在10月(图3)。全年最大风速呈双峰型，1～4月冷空气活跃，风速呈递增趋势；5～6月呈下降趋势；7～8月由于夏季对流旺盛，不稳定天气系统增多，风速较高；9～10月风速下降；11月由于冷暖空气，风速略有回升，之后逐渐下降。

图3 1981～2010年文登市月最大风速变化

2.3 风向频率变化风向的变化主要受到天气系统和地形的共同影响，据1981～2010年多年风向资料(图4)统计，文登市最多风向为C、NNW和S，因文登2005年迁站原因，周围环境发生变化，自2005年后静风出现频率减少，仍以偏北风和南风为主。12月～次年3月盛行NNW、NW和N风，4～11月盛行S、SSW和SW风。

2.4 大风资料分析历年大风日数采用累年整编资料，统计出文登累年大风日数。结果发现，一年中，春季是大风日数最多的季节，其中3月极为显著，与风速的年变化一致。一般大风日数最多的月份与月平均风速最大的月份是一致的[4]。春季大风日数约占全年大风日数的51%。1981～2010年文登市平均大风日数为21.1 d，其中1981年出现大风日数最多，为38 d；1996年出现大风日数最少，为5 d。