阜阳市边界层风速变化特征分析

2017-12-09董海林吴浩华史兆友项阳张庆奎

安徽农学通报 2017年22期

董海林+吴浩华+史兆友+项阳+张庆奎

摘要：该文利用2014—2016年阜阳探空站探空数据资料，分析阜阳市边界层地面到300m、600m、900m高度的风速变化特征，结果表明，阜阳市边界层风速的变化与季节变化关系密切，即春季最大，冬季次之，夏季最小；从地面到300m平均风速随高度增加很快，而在较高的层次300～900m，风速增加变缓；边界层300～900m风速随高度的变化并不一定是越来越大，经常出现600m高度上风速大于900m的情况。

关键词：阜阳；边界层；季节变化；风速特征

中图分类号 P425 文献标识码 A 文章編号 1007-7731（2017）22-0122-03

Abstract：By using meteorological data of boundary layer from 2014 to 2016 in Fuyang，the meteorological characteristics of wind between 10～900m were analyzed. The results show that，wind of boundary layer and seasonal variation had a good consistency，which reached the highest in spring and lowest in summer. The wind speed increased more quickly from 10m to 300m than from 300m to 900m. The change in wind speed with altitude is not necessarily increasing from 300m to 900m，the maximum wind speed occurred frequently at 600m.

Key words：Fuyang；Boundary layer；Seasonal variation；Wind characteristics

探测和分析大气边界层内风随高度、时间的变化规律，对了解边界层湍流特征、研究城市空气污染有着重要意义，对风能利用、城市规划、工程设计和排放管理也具有应用价值。目前利用地面风观测资料研究地面风变化[1-5]的较多，而利用探空资料分析各高度层风变化的不多[6-8]，对利用阜阳探空测风资料的分析几乎还是空白。

由于常规探空观测时次太少，无法分析其日变化，加之目前台站探空资料还没有进行大数据存储，提取还非常不便，如目前存储的07：00和19：00的探空观测风资料还需进行单独计算提取，也没有进行月平均值计算。为此，本文只采集了近3年来2014—2016年阜阳探空逐日07：00和19：00的高空风实况观测数据资料，对阜阳市上空边界层风的演变进行初步分析和探讨。

1 资料与方法

首先利用阜阳探空站2014—2016年近3年来逐日07：00和19：00探空实况观测数据，挑选出逐日2个时次的高空风资料；计算出逐年各月阜阳市边界层地面及300m、600m、900m高度上平均风速及年平均风速，对3年的资料求其平均得出各月4层高度上的风速值，通过数理统计方法分析阜阳市边界层风速变化特征。

2 边界层风速时间变化分析

在大气边界层内，无论是风向、风速随高度都有很大的变化，造成这一变化的原因是由于摩擦力随高度的变化而引起的，到某一高度，地面摩擦影响基本消失，其高度就是大气边界上层的上界，它的高度约1000m左右，我们讨论的就是这一层即边界层风的变化。

阜阳市2014—2016年近3年来地面年平均风速值为2.3m·s-1（表1），300m、600m、900m高度上分别5.9m·s-1、6.6m·s-1、6.5m·s-1。4层风速值年变幅都不大，地面风速值变化范围在2.0～2.6m·s-1，300m在4.7～6.6m·s-1，600m在5.4～6.6m·s-1，900m在5.0～7.5m·s-1。

从不同高度上各月平均风速的年变化曲线（图1）可以看出，无论在哪个高度上，趋势基本一致，最低值都出现在8月份（表1），分别为2.0m·s-1、4.7m·s-1、5.4m·s-1、5.0m·s-1，最高值除900m出现在5月份（为7.5m·s-1）外，其他3层均出现在3月份，分别为2.6m·s-1、6.6m·s-1、7.5m·s-1。4层风速的月变化略呈上升-下降-上升趋势，即地面及300m、600m高度上风的月变化趋势为1—3月缓慢上升（图1），6—8月下降，9—12月略升；900m上为1—5月缓慢上升（图1），6—8月下降，9—12月略升。从季节变化看，各高度上春季的风处于峰值上（表2），其值分别为2.5m·s-1、6.4m·s-1、7.3m·s-1、7.2m·s-1，冬季次之；这是由于春、冬季阜阳市冷空气活动频繁期，经常有强冷空气过境，边界层风速较大有关，较有利于大气污染物的扩散；夏季处于谷值，其值分别为2.0m·s-1、5.1m·s-1、5.8m·s-1、5.7m·s-1，秋季次之；这是由于夏、秋季节系统性活动少，导致平均风速也小，特别是7—8月阜阳市正处伏天暑热季节，经常受副热带高压控制，近地面层为下沉气流，风速较小。

3 边界层风速高度变化分析

从阜阳市地面及300m、600m、900m年平均风速随高度变化（图2）看，从地面到300m平均风速随高度增加很快，统计结果显示（表1），300m年平均风速增加到地面值的2.6倍左右。这是由于风随高度是有变化的，这种变化主要是由于摩擦力随高度的变化而引起的，摩擦力是随高度增加而减小的；在北半球摩擦层里，风向随高度增加逐渐右偏，风速随高度升高也逐渐增大，越来越趋近于地转风；另外，因为摩擦力随高度很快减小之故，在边界层，虽风向随高度变化不大，风速却增大很快。endprint

而在较高的层次300～900m，年平均风速增加变缓（图2），300m风速一般均低于600m，但600m风速略高于900m风速0.1m·s-1（图2，表1）；从各月平均风速看（表1），600m风速分别有9个月高于900m，分别出现在1月、2月、3月、4月、8月、9月、10月、11月、12月，只有3個月份（5月、6月、7月）低于900m。

在大气边界层内，平均风速一般随高度增加而明显地增大，但边界层风随高度变化与地面粗糙度很有关系，除了地面粗糙状态外，低层大气的层结状态也是决定扰动强弱的一个重要因子[8]。如当大气当层结不稳定时，扰动易于发生或加强，加大上下动量交换，使得上下风速差别变缓，当大气层结处于稳定状态，上下风速差变大。上述分析数据也证实了边界层风速随高度的变化并不都是越来越大，阜阳市600m高度上风速有9个月份大于900m风速的主要原因，说明阜阳市边界层大气经常处于不稳定状态，比较有利于大气污染物的扩散，不易出现长时间污染天气，同时也易于对流天气的发生。

4 结论

（1）阜阳市近地面层从地面到300m、600m、900m高度上风速变化与季节关系密切，春季最大，冬季次之，夏季最小。1—12月风速的变化略呈“上升-下降-上升”的趋势。

（2）从地面到300m平均风速随高度增加很快，300m风速约是地面风速的2.6倍左右，而在较高的层次300～900m上风速增加变缓。

（3）边界层300～900m风速随高度并不一定是越来越大，阜阳市边界层风速随高度的变化经常出现600m高度上风速大于900m的情况。

（4）本文只使用了近3年的资料，样本较少，不能全面反应阜阳市边界层风的变化情况，还有待于开展更长时间序列和整个对流层风及其他要素的研究分析。

参考文献

[1]邹立尧，国世友，王翼，等.1961-2004年黑龙江省近地层风速变化趋势分析[J].气象，2010，36（10）：67-71.

[2]周书华，倪长健，刘培川，等.成都市温江边界层风场特征的研究[J].四川环境，2014，33（3）：30-35.

[3]吕萍，董治宝.库姆塔格沙漠春季近地面风场、温度场特征[J].中国沙漠，2012，32（2）：442-446.

[4]龚强，汪宏宇，朱玲，等.辽宁省近地层风切变特征研究[J].自然资源学报，2015，30（9）：1560-1568.

[5]冯娴慧，魏清泉.近地面风环境对城市大气质量影响的研究[J].生态经济，2011，228（5）：183-185.

[6]刘立忠，徐抗英.南京近郊地区初冬大气边界层风、温场的探测和分析[J].气象科学，1998，18（1）：63-71.