2013—2019年福建中北部沿海风的时空分布特征*

郑颖青 连东英 高 珊

(1. 福州市气象局，福建 福州 350008；2. 福建省气象台，福建 福州 350008)

1 概述

福建中北部沿海地区是重要的海洋经济区，渔业生产和航运的产值占国内生产总值的半数以上，沿海大风对上述产业和沿海居民安全会造成巨大的威胁。这一地区拥有众多的港湾、半岛和岛屿，地形复杂多样，海岸线曲折，沿海风的分布十分复杂。近年来大量区域自动站在沿岸地带和主要海岛布设，为精准分析沿海风的分布特征提供了可能。夏丽花等[1]分区域分析了台湾海峡极大风≥8级的致灾大风的概率和盛行风向的气候特征；高珊等[2]分析了闽东北(宁德)沿海盛行风力和大风的月分布特征，并对大风的天气过程进行了分析。上述研究都是在小时极大风统计的基础上进行分析，但渔业生产和地方防灾常常需要逐日的分析和预测。另外，有的研究选取自动站没有限制海拔高度，也未分析海拔高度对沿海风的影响。业务实践和以往研究表明，福州市南部到莆田沿海风力明显大于其以北地区，需要较细致地分析南北海域的区别。本文运用更精细、更具代表性的资料，旨在更细致地分析福建中北部沿海风的分布特征，为当地渔业生产和防灾减灾提供更优质的气象服务。

2 研究资料和自动站分区

收集2013—2019年福州、宁德、平潭、莆田的沿海自动站的逐时最大风(滑动10分钟平均风速最大值及其对应的风向，业务上作为平均风)和极大风(滑动3秒钟平均风速最大值及其对应的风向，业务上作为阵风)资料，风向分为 16 方位；选取地理位置有代表性、建站时间长、海拔高度低于65m，到报率高的 22个站作为代表站(见图1)。以北京时08时～次日08时为日界，各站每天24小时最大风和极大风分别选择其最大值作为该站当天的日最大风和日极大风。需要说明的是，由于各自动站的最小启动风速不同，许多站点存在非真实的静风；另外部分自动站出现因仪器观测错误引起的极端大风，虽然我们尽可能过滤这部分极端大风，但难免百密一疏，所以许多自动站风速极端值的可信度和可比性都不大。

图1 福建中北部沿海自动站分布图

分析福建中北部沿海各代表站所在位置，结合自动站地形，将测站所在区域分为港湾、沿岸(大陆较开阔的海岸附近)、海岛、外海(浮标站)四类区域(见表1)，分别以A、B、C、D代表这四类区域。

表1 福建中北部沿海代表站与分区

3 盛行风向特征

3.1 年盛行风向特征

从全部测站最大风的全年各风向概率和风速分布(图2)可见，全年统计盛行风向以东北风(N～ENE)为主，4个方位概率为56.7%，集中于NNE和NE，这两个方位分别占20.4%和17.9%，其次为西南风(S～WSW)，东北风的概率约为西南风的3 倍。这和福建省的海岸线走向以及台湾海峡的地形有很大关系。台湾海峡呈NNE～SSW走向，所以沿海盛行NNE～NE和SSW～SW方向的风。风速上也是东北风(N～ENE)最大，西南风(S～WSW)次之，但各风向的风速比值远小于概率比值。

图2 最大风的年风向频率(蓝线,单位:%)和风速(红线,单位:m/s)

3.2 盛行风向的月变化

分析全部测站最大风的各月风向概率分布(图3)表明，1～5月和9～12月的盛行风向都为东北风，集中于NNE和NE，多数月份最多风向都是NNE；6～8月的盛行风向为西南风。6月和9月都有突变，6月西南风概率和风速明显增长，转为夏季风，9月东北风概率和风速都迅速增大，转入冬季风；10～12月，NNE和NE两个方位风向概率均超过50%，其中12月的风速平均值最大，为8.1m/s，所以12月是最具冬季风特征的月份。4月起西南风概率和风速明显增大，6月两者都有个跳跃性增长，6～8月西南风概率大于东北风，其中7月西南风概率最大，是同期东北风的1.8倍，7月是最具夏季风特征的月份；但7月、8月东北风速略大于西南风，这可能是由于此期台风对东北风速贡献大于西南风速。

图3 各月最大风的风向频率(蓝线，单位：%)和风速(红线，单位：m/s)

4 风速特征

时最大风速平均值(图4)总体呈现南大北小，东大西小的分布。长乐南部到莆田一带沿海(以下简称南部)风力明显大于福鼎到长乐中部沿海(以下简称北部)的风力，这主要是由于福建沿海多数月份盛行东北风，长乐南部到莆田一带沿海位于台湾海峡东北风入口处，加上平潭主岛海坛岛西侧的海坛海峡，大小两个海峡的峡管效应使南部风力明显增幅。北部两个浮标站大约为9m/s；南部的浮标站平潭气象要大一些，达10.4m/s；北部A、B、C三类站点的平均值均未达到5级，绝大多数A、B类站点和靠近大陆的海岛站平均最大风速都在6m/s以下(仅过屿岛为6.5m/s)，离大陆较远的东星站最大风平均值为7.4m/s。相对而言，南部的站点明显大于北部；南部许多A、B类站点都超过6m/s，B类站松下码头达到8.3m/s，平潭岛周边和莆田沿海的许多海岛站也都超过5级。东西向比较，相近纬度的北部站点，从港湾、沿岸到海岛站，往东风力明显增大；但是再往东，离大陆较远的海岛到海上浮标站，风力增大不明显。南部区域，主要在港湾、沿岸的不同地点风力差别较大，平潭岛周边和莆田沿海的海岛站风力和相近纬度的浮标站-平潭气象相差不大。

图4 各代表站的小时最大风平均值(右，单位：0.1m/s)、日极大风≥8级(左上)和≥10级(左下)的概率(单位：%)，横线为南、北部分界线

进一步对比22个代表站小时最大风速的平均值和5个(10%、25%、中位数、75%、90%)分位值(图5，因篇幅有限，只画出12个代表站)，所有代表站的平均值和中位数均未达到6级；大多数代表站的中位数小于平均值，说明这些代表站多数时次的风速小于平均值。北部地区2个浮标站(58767、F0001)的平均值和5个分位值都是北部站点中最大的；南部站点的平均值和各分位值都明显大于北部；南部的浮标站平潭气象(58951)的平均值、中位数和10%、25%、75%分位值都比其他站点大，其75%分位值达到7级；但90%分位值最大值出现在莆田秀屿区东南部的鸬鹚岛(F4325)。

说明：横坐标为站号，星号为平均值，大方框的上、下边界分别为75%和25%分位值，上面细方框的上边界为90%分位值，下面细方框的下边界为10%分位值，大方框内短线为中位值

从日最大风速的各分位值和平均值(图6)看，大多数代表站的中位数小于平均值，说明这些代表站多数日数的最大风速小于多年平均值；全部浮标站、南部的部分海岛站和个别沿岸站(松下码头F1602)的中位数和平均值达到6级，南部的浮标站、部分海岛站和松下码头(F1602)90%分位值达到8级。北部地区2个浮标站(58767、F0001)日最大风速的平均值和5个分位值都是北部站点中最大的，南部站点的平均值和各分位值总体大于北部，浮标站(58951)的平均值、中位数和10%、25%、75%分位值都比其他站点大，但其90%分位值不及南部少数海岛站。鸬鹚岛(F4325)的90%分位值是所有站点中最大的。

图6 各代表站的日最大风速

从小时极大风速看(图7)，所有代表站的中位数小于平均值，北部所有站的中位数和平均值均小于6级，南部的浮标站和许多海岛站的中位数和平均值达到6级。南部的浮标站和许多海岛站的75%和90%分位值分别达到7级和8级，北部的浮标站和较远的海岛站(东星岛(F3522)同比要小1级。北部平均值和各分位值的最大值都在外海浮标站(58767、F0001)，南部站点的平均值和各分位值都明显大于北部，南部10%、25%分位值的最大值在浮标站，而鸬鹚岛(F4325)的平均值、中位数、75%、90%分位值都是所有站点中最大的。

图7 各代表站的小时极大风速分布

从日极大风速(图8)看，北部所有站的平均值均小于7级，南部许多站点平均值达到7级，大多数代表站的中位数小于平均值，南部许多海岛站90%分位值达到9级，北部同比要小1级。北部平均值和各分位值的最大值都在外海浮标站(58767、F0001)，南部许多海岛站的平均值和各分位值都超过浮标站(58951)。

图8 各代表站的日极大风速分布

5 大风日数分布

5.1 大风日数的空间分布

日极大风≥8级和≥10级的大风日数概率也都呈现南大北小的分布(见图4)，南部沿海的大风日数概率明显大于北部沿海。东西向比较，北部地区≥8级的大风日数概率外海的浮标站最大，为17%～20%；东星岛为16.4%，A类站、B类站和靠近大陆的海岛站概率都在12%以内；南部沿海≥8级的大风日数明显多于北部沿海，多数站点都超过20%，浮标站、多数海岛站超过30%，最大为鸬鹚岛的43.3%。而≥10级大风日数概率，南、北两个地区大值区都不在离大陆最远的浮标站，而是位于海岛站。北部两个浮标站仅1%左右，南部浮标站平潭气象也只有1.8%。大值区出现在莆田东南部的海岛，常年盛行的东北风在台湾海峡和海坛海峡的狭管效应影响下风力明显增大，最大为鸬鹚岛，有6.1%的日数出现≥10级大风；北部地区最大为嵛山镇的1.5%，A类站、B类站都在1%以内。

5.2 大风日数的月分布

全部代表站日极大风≥8级和≥10级的大风频数月分布(图9)都呈双峰型分布，4～6月都是低谷阶段，其中5月都是最小月份；不同的是，≥8级大风频数的高值阶段处于10～2月，其中12月最大，10月次之；≥10级大风频数的高值阶段在下半年，9月最大，7月其次。

(a) (b)

图10为各代表站各月日极大风≥8级和≥10级的大风日数概率的简易柱状图，图中横坐标均为月份。南部全部代表站、北部C类站、D类站和部分A类、B类站全年都有≥8级大风，这些站10月～次年2月多数比春、夏季有更高的概率；北部A类站和部分B类站≥8级的大风主要集中在夏季。多数站≥10级大风集中于7～10月；部分C类站多数月份都有≥10级大风，但北部C类站冬半年出现≥10级大风概率也小于7～10月，南部部分C类站冬季≥10级大风概率比7～10月更高，冷空气易在此处产生猛烈大风，单月≥10级频数最高的是12月鸬鹚岛，有20%日数出现≥10级大风。

图10 各代表站各月日极大风≥8级和≥10级的大风日数概率

6 结论

①福建中北部沿海全年统计盛行风向以东北风为主，其次为西南风。风速上也是东北风最大，西南风次之，但各风向的风速比值远小于概率比值。6～8月的盛行风向为西南风，其余月份都为东北风。

②风速的南北向对比，时最大风速、日最大风速、时极大风速、日极大风速的平均值和5个分位值全部呈现南大北小的分布特征，长乐南部到莆田一带沿海的风力明显大于福鼎到长乐中部沿海的风力。东西向对比，北部沿海的上述风速特征值都呈现东大西小的分布。南部沿海时最大风速、日最大风速的多数特征值也呈现东大西小的分布，但90%分位值少数海岛站大于浮标站；小时极大风速、日极大风速依次有更多特征值海岛站大于浮标站。

③日极大风≥8级和≥10级的大风日数概率也都呈现南大北小的分布；东西向比较，北部地区≥8级的大风日数外海的浮标站最多，南部少数海岛站≥8级的大风日数多于浮标站；≥10级大风日数概率，南、北两个地区大值区都在海岛站。

④日极大风≥8级和≥10级的大风频数都呈双峰型分布，4～6月都是低谷阶段；≥8级大风多发于10月～次年2月，其中12月最多，10月次之；≥10级大风主要在下半年，9月最多，7月次之。南部全部代表站、北部C类站、D类站和部分B类站全年都有≥8级大风，10月～次年2月的频数比春、夏季更大；北部A类站和部分B类≥8级的大风主要集中在夏季。多数站≥10级大风集中于7～10月；部分C类站多数月份都有≥10级大风，但北部C类站冬半年的频数也小于7～10月，南部部分C类站冬季频数比7～10月更大。