长江口崇明东滩风况统计分析

戴 苒， 朱建荣

(华东师范大学 河口海岸学国家重点实验室，上海 200062)

长江口崇明东滩风况统计分析

戴 苒， 朱建荣

(华东师范大学 河口海岸学国家重点实验室，上海 200062)

本文基于长江口崇明东滩气象站实测资料，给出逐月平均和主导风速及风向.观测资料和统计结果表明，从1月至12月，各月平均风速分别为4.2、4.6、4.9、4.9、4.7、4.4、4.9、4.9、4.5、4.0、4.1和4.3 m/s，平均风向分别为N、NE、NE、SE、SE、SE、S、SE、NE、NE、N和N.统计给出了各月第一、第二风向频率风，最大平均风速所在方位风，强风风向优势和风速优势风的风向、频率和平均速度.总体来看，长江口具有春夏季盛行东南风、秋冬季盛行偏北风的亚热带季风特征.强风频率有明显的季节性变化，3、4月和7、8月明显高于其他月份，且3、4月明显低于7、8月份，分别达到了0.8%和1.52%，相对应的平均风速为11.5和12.4 m/s.

长江口； 风速； 风向； 风频率； 季节性变化

0 引 言

长江河口地处太平洋西岸的中低纬度区域，气候呈东亚季风特征，夏季盛行偏南风，冬季盛行偏北风.长江河口的动力过程除了受径流和潮汐作用外，还受风应力的作用.风应力对长江河口水动力的影响，体现在局地和远程作用上[1].局地作用是风应力直接作用在水面上，驱动水体流动，在口门内水体大致沿着风应力方向流动.远程作用是远处风应力驱动水体流动，除水体产生沿岸流外，受科氏力作用还产生向岸的Ekmam水体输运.后者对河口的水动力过程影响更为显著，如冬季北风产生沿岸流和向岸的Ekmam水体输运，改变了长江河口的流场和各汊道分流比[2].这种流场和分流比的改变，会影响长江河口的咸潮入侵，北风加剧了北支和北港的咸潮入侵[1].风作用于水表面，搅动海水，产生湍流混合[3,4]，影响水流和物质浓度的分布.风还产生风浪，增加底部应力，导致河口泥沙的再悬浮，在波浪破碎的情况尤为显著[5,6].因此，风是长江河口动力的重要因子之一，对环流、混合、咸潮入侵和泥沙运动等起着重要的作用.另外，长江河口数值模式的率定和验证，需要给出实时风况[7-9].掌握长江口风况和季节变化是研究其动力过程和物质输运的基础.

以往对长江口风况的报道，大多体现在研究报告和区域概况中，仅描述了风况的基本特征.例如，上海市海岛资源综合调查报告(1996)[10]分析了长江口全年风向和风速的年平均状况和季节变化特征.目前缺少基于实测资料给出的长江口逐月平均风速风向和主导风速风向的可引用文献.本文采用崇明东滩自动气象站风速风向观测资料分析各月风向和风速及其季节变化，为长江口水动力、咸潮入侵和泥沙输运等研究提供基础资料.

1 资料来源及统计方法

1.1 资料来源

华东师范大学河口海岸学国家重点实验室于2005年5月在长江口崇明东滩(东经121°45′，北纬31°30′)建立了一个自动气象观测站，测量风速、风向、气温、气压、比湿和降雨量.气象站风速风向仪距离地面标准10 m.本文选取2007年12月至2014年2月间该站实测风速风向资料作统计分析.气象站数据每小时记录一次，包括瞬时风向、风速，2 min平均风向、风速等.本文采用2 min平均风速、风向.

1.2 统计方法

本文通过统计风向和风速，以玫瑰图来直观地反映风速风向的分布.在玫瑰图上，风向是指风的来向，即从外面吹向测站的方向.用8个罗盘方位表示，在风坐标系中，以337.5°为起点(0°为正北)，以45°为间隔顺时针旋转，分别对应N、NE、E、SE、S、SW、W、NW这8个方向.风向频率大小是指在统计时间内某方位风向出现的次数占所有方位次数的百分比.见图1，根据各方位风向的出现频率，以相应的比例长度来表示，每个圆表示15%的频率，图中扇形半径越长，表示该风向频率越大.频率最大的风向为第一风向，频率第二的风向为第二风向.各方向扇形中不同颜色的区域表示不同的风速分级，其径向长度与该扇形半径的比值即表示这段风速所在此方位的频率大小，在右下角给出了不同颜色所代表的风速范围.每个扇形外侧对应着此方位的平均风速大小，这里平均风速采用算术平均法.

图1 逐月风玫瑰图Fig.1 Wind rose diagrams in each month

另外，在玫瑰图的上方给出了该月的总平均风速、总平均风向以及静风频率(相对应SpdAve，DirAve，Calm)，静风频率表示静风占总观测统计次数的百分比，这里设定所有风速小于0.5 m/s的风为静风.总平均风向和平均风速的算法将在下面给出.

1.2.1 月平均风向的算法

本文采用单位矢量法[11]计算平均风向，是将需要平均的风向按单位长度投影到X轴和Y轴方向上，再对这些风向在X轴和Y轴上的投影分别求平均值得Xave和Yave，最后将Xave和Yave矢量求和，得到平均风向.具体见下式：

1.2.2 平均风速的算法

月总平均风速和各向平均风速计算方法都采用了算术平均法，即直接相加做算术平均.

2 结果讨论

2.1 逐月风速风向

利用2007年12月到2014年2月的风矢量数据，经统计制作了逐月的风玫瑰图(见图1)和蒲式风级分段表(见表1)，第一和第二频率风向的方位、频率和平均风速，及8个方位中最大平均风速对应的方位、频率和平均速度表(见表2)，第一和第二风向频率的各风速段对应的频率表(见表3)，来分析长江口各月风况和季节变化.本文定义风速大于10.8 m/s的风为大风，专门对其各月方位、平均风速和频率展开分析(见表4).

表1 蒲式风级表(本文取0-8级)Tab.1 Beaufort wind scale table (taking 0-8 scale)

表2 各月第一、第二风向频率和最大平均风速所在方位风的风向、频率和平均风速Tab.2 Wind direction, frequency and averaged wind speed of wind with the first, second wind direction frequency and the maximum average wind speed direction in each month

表3 各月第一第二风向频率风的风速段频率统计Tab.3 Frequency statics of each wind speed range of the first and second wind direction frequency wind in each mouth

表4 各月强风风向优势和风速优势风的方位、平均风速和频率Tab.4 Wind direction, averaged wind speed and frequency of the strong wind with wind direction domain and wind speed domain in each month

在1、2和3月冬季期间，第一风向频率的风风向均为N，频率分别为27.7%、28.0%和19.9%，平均风速分别为5.0、5.3和6.2 m/s(见表2).第二风向频率的风风向分别为NW、NE和SE，频率分别为26.4%、19.4%和16.8%，平均风速分别为4.3、5.2和4.6 m/s.第一和第二风向频率的风频率之和分别达到了54.1%、47.4%和36.7%，仅1月频率之和超过了50.0%，原因在于2月第三和第四风向频率的风频率也不小，分别约为15%和12%(见图1)，3月第三、第四、第五和第六风向频率的风对应的频率分别约为15%、12%和10%，也即3月风向多变.最大平均风速所在方位、对应频率和平均风速与均与第一风向频率的风对应的风向、频率和平均风速一致.我们注意到，3月第一风向频率的风有平均风速为6.2 m/s的北风，究其原因，可能是由于寒潮导致的大风.姚永明等人统计[12]，长江中下游地区类寒潮发生频次最高的月份分别为每年3月和11月.1月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s(见表3)，对应频率分别为32.3%和28.7%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和1.6～3.3 m/s，对应频率分别为40.0%和31.9%.2月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为5.5～7.9 m/s和3.4～5.4 m/s，对应频率分别为35.8%和34.9%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为5.5～7.9 m/s和3.4～5.4 m/s，对应频率分别为37.4%和30.1%.3月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为5.5～7.9 m/s和3.4～5.4 m/s，对应频率分别为40.0%和24.5%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为38.8%和27.1%.1、2和3月平均风向分别为N、NE、NE，平均风速分别为4.2、4.6和4.9 m/s(见图1).

在4、5和6月春季期间，第一风向频率的风风向分别为S、SW和SE，频率分别为23.7%、28.3%和29.5%，平均风速分别为5.4、4.9和5.0 m/s(见表2).第二风向频率的风风向分别为SE、S和E，频率分别为23.5%、22.5%和22.3%，平均风速分别为5.0、5.3和4.6 m/s.第一和第二风向频率的风频率之和分别达到了47.2%、50.8%和51.8%，仅4月频率之和未超过50.0%，原因在于第三风向频率的风的频率不小，达到了15%(见图1).最大平均风速所在方位分别为N、SE和SE，对应频率分别为15.0%、22.3%和29.5%，平均风速分别为5.5、5.3和5.0 m/s，4、5月情况与第一风向频率的风对应的情况不同.4月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为5.5～7.9 m/s和3.4～5.4 m/s(见表3)，对应频率分别为37.2%和34.8%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为40.0%和28.7%.5月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为1.6～3.3 m/s和3.4～5.4 m/s，对应频率分别为51.8%和28.8%，第二风向频率的风频率最大的风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率都是36.0%.6月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为36.0%和33.0%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为44.9%和23.1%.4、5和6月平均风向均为SE，平均风速分别为4.9、4.7和4.4 m/s.

在7、8和9月夏季期间，第一风向频率的风风向分别为S、SE和E，频率分别为40.5%、26.5%和27.1%，平均风速分别为5.5、5.8和4.4 m/s(见表2).第二风向频率的风风向分别为SE、S和E，频率分别为27.3%、22.1%和23.5%，平均风速分别为5.6、5.1和4.8 m/s.第一和第二风向频率的风频率之和分别达到了67.8%、48.4%和50.6%，仅8月频率之和未超过50.0%，原因在于第三风向频率的风的频率不小，达到了约20%(见图1).最大平均风速所在方位分别为SE、N和N，对应频率分别为27.3%、5.2%和15.2%，平均风速分别为5.6、6.0和5.8 m/s，这3个月情况均与第一风向频率的风对应的情况不同.7月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为5.5～7.9 m/s和3.4～5.4 m/s(见表3)，对应频率分别为39.2%和29.3%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为5.5～7.9 m/s和3.4～5.4 m/s，对应频率分别为33.6%和32.7%.8月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为33.1%和30.8%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为35.1%和33.4%.9月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和1.6～3.3 m/s，对应频率分别为46.7%和22.3%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为38.0%和28.7%.7、8和9月平均风向分别为S、SE和NE，平均风速分别为4.9、4.9和4.5 m/s.

在10、11和12月秋季期间，第一风向频率的风风向分别为NE、NW和NW，频率分别为26.6%、20.7%和30.8%，平均风速分别为4.9、4.1和4.5 m/s(见表2).第二风向频率的风风向分别为E、N和N，频率分别为18.4%、16.4%和23.9%，平均风速分别为4.1、4.9和4.8 m/s.第一和第二风向频率的风频率之和分别达到了45.0%、37.1%和54.7%，仅12月频率之和超过了50.0%，原因在于如图1所示10和11月风向多变，第三和第四风向频率的风频率不小.最大平均风速所在方位分别为NE、NE和N，对应频率分别为26.6%、14.3%和23.9%，平均风速分别为4.9、5.0和4.8 m/s，近10月情况与第一风向频率的风对应的情况相同.10月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s(见表3)，对应频率分别为35.9%和28.3%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和1.6～3.3 m/s，对应频率分别为42.2%和31.5%.11月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为1.6～3.3 m/s和3.4～5.4 m/s，对应频率分别为39.7%和33.6%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为36.1%和26.9%.12月第一风向频率的风第一和第二频率风速段分别为1.6～3.3 m/s和3.4～5.4 m/s，对应频率分别为33.6%和31.9%，第二风向频率的风第一和第二频率风速段分别为3.4～5.4 m/s和5.5～7.9 m/s，对应频率分别为37.3%和27.4%.10、11和12月平均风向分别为NE、N和N，平均风速分别为4.0、4.1和4.3 m/s.

总体来看，长江口具有春夏季盛行东南风、秋冬季盛行偏北风的亚热带季风气候特点.各月总平均风向基本介于当月的第一或第二风向之间，且各月第一第二风向的平均风速基本大于当月平均风速.另外，北风平均风速8月达到6.0 m/s(见图1)，9月达到5.8 m/s，这主要是由于夏季热带气旋发生频繁所致.北风平均风速1—4月大于5.0 m/s，这与期间寒潮发生频繁有关.1、2月平均风速分别为4.6和4.2 m/s，7、8月平均风速均为4.9 m/s，夏季7—8月平均风速大于冬季1—2月平均风速.从金山嘴累年各月风速统计值看*上海石化海堤防御能力隐患评估研究专题报告.上海市水利工程设计研究院有限公司，2014年4月.，1和2月平均风速为4.2和4.6 m/s，7和8月平均风速为5.8和6.1 m/s.这同样表明冬季1—2月平均风速小于夏季7—8月平均风速.

2.2 强风频率统计

定义大于10.8 m/s的风为强风.在长江口强风会增加悬浮泥沙浓度、冬季加剧咸潮入侵，因此各月强风出现的频率和风速也是值得关注的一个问题.

统计了风向优势方位(该方位强风频率最大)与风速优势方位(该方位强风平均风速最大)以及对应频率和平均风速(见图2和表4).对风向优势方位的强风，在冬季，1、2和3月强风优势方位均为N，平均风速分别为11.6、11.1和11.6 m/s，频率分别为0.26%、0.14%和0.68%，其中3月强风频率最高，平均风速也最大，原因在于如上所述3月寒潮的个数较多.在春季，4、5和6月强风优势方位分别为N、NE和SE，平均风速分别为12.3、12.9和12.5 m/s，频率分别为0.33%、0.12%和0.15%.在夏季，7、8和9月强风优势方位分别为SE、E和N，平均风速分别为11.5、12.5和11.4 m/s，频率分别为0.73%、0.89%和0.56%.相比于其它季节(除了3月)，夏季强风出现的频率高，尤其8月强风风速最大.夏季西北太平洋热带气旋频发，影响长江口风况.石少华等人统计[13]，每年平均有2.0个热带气旋影响长江口区(风力达到7级以上)，都集中在6月到10月，其中8月份最多，接近5成.严重影响长江口区的热带气旋(风力达到11级以上)平均每年只有0.3个，其中有6成以上是集中在8月份.在秋季，10、11和12月强风优势方位均为N，平均风速分别为11.3、12.1和11.3 m/s，频率分别为0.41%、0.24%和0.18%.

对风速优势方位的强风，在冬季，1、2和3月强风优势方位分别为N、W和NE，平均风速分别为11.6、11.3和13.1 m/s，频率分别为0.26%、0.02%和0.02%，其中3月平均风速最大.在春季，4、5和6月强风优势方位分别为N、NE和NW，平均风速分别为12.3、12.9和13.5 m/s，频率分别为0.33%、0.19%和0.02%.在夏季，7、8和9月强风优势方位分别为NW、N和N，平均风速分别为12.60、13.5和11.4 m/s，频率分别为0.02%、0.30%和0.56%.在秋季，10、11和12月强风优势方位分别为NE、E和NE，平均风速分别为11.8、12.4和11.3 m/s，频率分别为0.41%、0.05%和0.10%.风速优势方位的强风相对于风向优势方位的强风，平均风速要大，但频率要低.

图2 各月强风频率与对应强风平均风速曲线Fig.2 Curves of strong wind frequency and corresponding average wind speed in each month

3 结 语

本文采用崇明东滩自动气象站风速风向资料，经统计分析、绘制风速风向玫瑰图，得出了各月各向风的频率、平均风速、各风速段的分布，以及月平均风向和风速、各月强风的方向、频率和平均风速.

从1月至12月，各月平均风速分别为4.2、4.6、4.9、4.9、4.7、4.4、4.9、4.9、4.5、4.0、4.1和4.3 m/s，平均风向分别为N、NE、NE、SE、SE、SE、S、SE、NE、NE、N和N.各月第一风向频率风的风向、频率和平均速度分别为N、27.7%和5.0 m/s(1月)，N、28.0%和5.3 m/s(2月)，N、19.9%和6.2 m/s(3月)，S、23.7%和5.4 m/s(4月)，SW、28.3%和4.9 m/s(5月)，SE、29.5%和5.0 m/s(6月)，S、40.5%和5.5 m/s(7月)，SE、26.5%和5.6 m/s(8月)，E、27.1%和4.4 m/s(9月)，NE、26.6%和4.9 m/s(10月)，NW、20.7%和4.1 m/s(11月)，NW、30.8%和4.5 m/s(12月).各月第二风向频率风的风向、频率和平均速度分别为NW、26.4%和4.3 m/s(1月)，NE、19.4%和5.2 m/s(2月)，SE、16.8%和4.6 m/s(3月)，SE、23.5%和5.0 m/s(4月)，S、22.5%和5.3 m/s(5月)，E、22.3%和4.6 m/s(6月)，SE、27.3%和5.6 m/s(7月)，S、22.2%和5.1 m/s(8月)，NE、23.5%和4.8 m/s(9月)，E、18.4%和4.1 m/s(10月)，N、16.4%和4.9 m/s(11月)，N、23.9%和4.8 m/s(12月).

总体来看，长江口具有春夏季盛行东南风、秋冬季盛行偏北风的亚热带季风气候特点.各月总平均风向基本介于当月的第一或第二风向之间，且各月第一第二风向的平均风速基本大于当月平均风速.另外，北风平均风速8月达到6.0 m/s，9月达到5.8 m/s，这主要是由于夏季热带气旋发生频繁所致.北风平均风速1—4月大于5.0 m/s，这与期间寒潮发生频繁有关.

强风频率有很明显的季节性变化，3、4月和7、8月明显高于其它月份，而7、8月又明显高于3、4月份，达到了0.80%和1.52%，相对应的平均风速为11.5和12.4 m/s.8月份强风的频率和平均风速最大，2月份强风的频率和平均风速最小.

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(责任编辑 李万会)

Statistical analysis of the wind at the Chongming eastern beach

DAI Ran, ZHU Jian-rong

(StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)

The wind plays an important role in circulation, mixing, saltwater intrusion and sediment transport in the Changjiang estuary. Based on the observed wind speed and direction by the weather station at the Chongming eastern beach from December 2007 to February 2014，the wind rose diagrams and seasonal wind variations are presented and analyzed. From January to December, the mean wind speeds in each month are 4.2, 4.6, 4.9, 4.9, 4.7, 4.4, 4.9, 4.9, 4.5, 4.0, 4.1 and 4.3 m/s, mean wind directions in each month are N, NE, NE, SE, SE, SE, S, SE, NE, NE, N and N, respectively. Wind direction, frequency and averaged wind speed of the wind with the first, second wind direction frequency, the maximum average wind speed direction, strong wind direction domain and strong wind speed domain in each month are presented statistically. In overall, the wind at the Chongming eastern shoal has the feature of subtropical zone monsoon, prevailing southeasterly wind in spring and summer, and northerly wind in autumn and winter. The strong wind has an obvious seasonal variation, its frequencies in March, April and July, August are distinct higher than in other months. The strong wind frequencies in July and August is higher than in March and April, reaches to 0.8% and 1.52% with mean wind speed of 11.5 and 12.4 m/s. The wind at the Changjiang mouth is the basic dynamic factor in the study of dynamics process and material transport there.

Changjiang mouth; wind speed; wind direction; wind frequency; seasonal variations

1000-5641(2015)04-0017-09

2014-06

水利部公益性项目(201201068)；上海市科委海洋专项(12231203101)

戴苒，女，硕士研究生，从事河口海岸动力学研究.

朱建荣，男，教授，博士生导师，从事河口海洋学研究. E-mail: jrzhu@sklec.ecnu.edu.cn.

P731.2

A

10.3969/j.issn.1000-5641.2015.04.003