景德镇市风力资源分布与气候变化分析

2024-01-02计桂平陈鲍发马中元

气象水文海洋仪器 2023年4期

计桂平,陈鲍发,马中元

(1.景德镇市气象局,景德镇 333000;2.江西省气象科学研究所,南昌 330096)

0 引言

中国的风力资源非常丰富,同时也是世界上开发利用风力资源最早的国家[1]。风电产业开发是清洁能源经营中的新课题,前途广阔,潜力无穷,既可以提供充足的电力,又不增加环境的压力,同时还具有十分可观的开发价值。开发风力资源有助于发展经济,对风力资源的研究应结合近几年的研究成果[2-3]。宋婧[4]提出基于风力资源分布的中国风电规划的研究方法,并对比了风能资源丰富地区和风能资源一般区域。高文元等[5]设计威布尔分布参数研究了中国风力资源的分布。彭祥荣等[6-11]分析了民勤县、温州、博州、康平、湖南城步南山、上海崇明岛的风力资源。朱伟强[12]分析了福建省沿海风速时空分布、风向频率特点。王新堂等[13]根据铁塔30 a风速气象观测资料分析了即墨风电场的风力资源状况。关于江西风力资源研究的成果较少。文章将利用景德镇市多年的风力气象观测数据分析风力资源的分布及气候变化特点,为景德镇市风能的有效利用和城市规划提供参考依据。

1 资料来源

文章采用江西省景德镇市国家基本气象站(站号58527)1954—2022年观测的风向、风速数据,浮梁县国家基本气象站(站号58524)、乐平市国家基本气象站(站号58620)及景德镇市域内有风向、风速观测的38个区域自动气象站2010—2022年风观测资料。

2 景德镇市风力资源的分布

风力是评价风力资源最直接的指标。由于风的观测项目有平均风和极大风,因此文章采用日平均风、日极大风来评估各地的风力资源。

2.1 平均风力的分布

对2010—2022年景德镇市各站点逐日平均风风速进行分析,由各站点的平均风速值可知,景德镇境内平均风速多在1.0～2.0 m/s,只有塔山工业园(站号:J3016)、园区南(站号:J3068)超过了2 m/s,最大平均风速在园区南(2.6 m/s)。定义平均风速在1.5 m/s以上的地区为风力资源较优区,则乐平市塔山工业园区(站号:J3016)、乐平市区(站号:58620)、浮梁县城区(站号:58524)、众埠(站号:J3060)、百乐(站号:J3009)、丽阳(站号:J3037)为景德镇风力资源优越区。浮梁诰峰村(站号:J3023)、兴田乡(站号:J3027)的平均风速仅为0.5 m/s,为风力资源偏差区。

2.2 平均极大风

对2010—2022年景德镇市各站点逐日极大风风速进行平均,得到各站点日平均极大风速。日平均极大风速在7 m/s或以上的有3个站,分别为园区南、塔山工业园和众埠;日平均极大风速在6.0～7.0 m/s的有16站,其中浮梁县城区为6.9 m/s,百乐、丽阳分别为6.4 m/s和6.5 m/s;日平均极大风速在5.0～6.0 m/s的有15站;在5 m/s以下的有4站,其中浮梁诰峰村(4.6 m/s)和兴田乡(4.2 m/s)日平均极大风速最小。

由此可见,乐平市塔山工业园区、乐平市区、浮梁县城区、众埠日平均风速、日平均极大风速均为最大,是景德镇风力资源最优区,而浮梁诰峰村、兴田乡为风力资源最差区域。从平均风与平均极大风的对比分布看,百乐、丽阳平均风速较优,但极大风弱于莲花塘(站号:J3018)、园区东(站号:J3066)和吕蒙乡(站号:J3047),与鹅湖镇桃岭村(站号:J3028)、三龙乡(站号:J3024)、乐平城区(站号:J3042)和景德镇市区(站号:58527)也接近,即这些地区均为景德镇风力资源较优区。

3 景德镇市6级以上极大风分布特点及雷达回波影响系统

3.1 2016—2022年各站6～10级大风日数

6级以上大风会对居民生活产生影响,而8级以上大风为灾害性天气,极易造成人员伤亡与财产损失。2016年以来,有风力观测的各区域站运行状态较好,因此采用2016—2022年景德镇各气象观测站点风观测资料来分析6级以上不同级别的大风分布情况。分析可知,景德镇市绝大部分地区均有可能出现8级以上大风,只有月亮湖、园区西极大风速为17.1 m/s,接近8级(17.2 m/s)。

从10级大风看,莲花塘出现6 d 10级大风天气,最大风速为50.8 m/s;其次是乐平市国家站,出现4 d,最大风速为27.5 m/s;景德镇国家站、民兵水库、众埠均出现2 d,极大风速分别为26.9、29.3和31.1 m/s。

从9级大风看,莲花塘、众埠蔬菜、乐平、吕蒙乡、塔山工业园、景德镇、百乐村分别出现了14、11、8、8、5、4和4 d,有11个站未出现过9级大风。

从8级大风看,莲花塘、众埠、乐平、吕蒙乡、塔山工业园分别出现46、40、22、22和20 d。

从7级大风看,莲花塘、众埠、塔山工业园、西湖乡、浮梁、乐平、吕蒙乡、蛟潭镇分别出现135、96、60、60、59、58、54和51 d。

从6级大风看,莲花塘、浮梁、众埠、塔山工业园、乐平分别出现350、237、228、214和203 d。

3.2 2016—2022年景德镇市域内8级以上大风站数

为了解各年度大风的分布情况,对2016—2022年景德镇市域内出现8级以上大风站数进行统计(表1)。可以看到,近7 a以来景德镇8级以上大风站数以2018年最多,达28站,且12级以上大风有4站;2021年次之(23站),且有2站出现12级以上大风;2020年最少,仅有9站出现8级以上大风。10级以上大风每年都会出现至少1次,而11和12级大风在2016,2019和2020年均未出现,未出现年份占比3/7。8级大风平均每年有19站,9级大风平均每年有9站,10级大风平均每年有4站。

表1 2016—2022年景德镇市域内出现8级以上大风站数

3.3 造成景德镇市极端大风的雷达回波影响系统

大风可分为雷暴大风、冷空气大风、偏南大风、台风等,对景德镇市各站点6～10级极端大风的雷达回波进行分析,并对照当时的天气形势,得到表2。由表2可知,景德镇市极端大风主要分为雷暴大风和冷空气大风,雷暴大风的回波影响系统有飑线、超单体、强单体、强回波短带、带上超级单体等,以飑线居多,其次是回波短带、超级单体,可以发现带状强回波是景德镇市极端大风最主要的回波系统。

表2 景德镇市极端大风雷达回波影响系统

研究景德镇市极端雷暴大风的典型雷达回波,2018-03-04T16:40一条尺度很大的西北—东南向的飑线自西向东影响景德镇市,飑线的宽度、长度均很大,并向东北方向拱起,带上强回波中心强度多为50～55 dBZ,该飑线造成多地出现极端性大风天气,全市有18个站的极大风出现在这个过程中。2018-08-25T15:50一条南北向的强回波短带影响乐平南部,短带强回波中心强度为60～65 dBZ,塔山工业园区出现极大风(风速19.7 m/s)。2021-03-31T05:20,有一条东北—西南向的带状回波影响景德镇市,回波带上西南角有一超级单体,强回波中心强度达65～70 dBZ,月亮湖极大风风速达17.1 m/s。2021-05-15T19:30,市区附近有一超级单体,强回波中心强度达65～70 dBZ,且有较大面积60～65 dBZ的强回波,伴有向东北方向伸展的弱回波区,市区出现极大风(风速26.9 m/s)。

由此可见,景德镇市绝大部分地区都可能出现8级以上大风,最强可达12级以上,2016年以来每年都有站点出现10级或以上大风,以2018年大风的强度、频率最高。景德镇极端大风主要有雷暴大风与冷空气大风,飑线是最主要的雷达回波影响系统。

4 景德镇市风力资源的气候变化

以景德镇国家站1954—2022的平均风速、8级以上大风日数的变化来研究景德镇市风力资源的气候变化。

4.1 景德镇市国家站1954—2022年年平均风速

图1是景德镇市国家站1954—2022年历年年平均风速,可以看到1954—1956年平均风速仅有1.2 m/s;1958—1994年,处于稳定高位,基本在2 m/s附近或之上,1959和1992年年平均风速最大(2.4 m/s);1994年之后迅速下降,2000—2020年降至1.0 m/s附近,处于稳定低位;2021—2022年明显上升,达2 m/s以上,其中2022年达 2.5 m/s,为历年最大。

图1 景德镇市国家站1954—2022年历年年平均风速

4.2 景德镇市国家站1954—2022年大风日数

图2为景德镇市国家站1954—2022年历年8级以上大风日数,最多可达9 d,出现在1987和2021年,而1954,1962,1997,2001,2003,2012,2013,2019和2020年为0 d。从变化趋势看,1993—2020年为历史低位,28 a平均大风日数仅有1.3 d,最多的仅为3 d,有7 a为0 d。而1958—1992年为相对高峰期。

图2 景德镇市国家站1954—2022年历年8级以上大风日数

由此可见,景德镇市1954年以来风力有明显的阶段性变化,1958—1994年风力资源稳定较好,年平均风力在2.0 m/s附近或以上,大风日数平均在3 d以上;1994年之后,年平均风力明显下降,2000—2020年为历史低位期,平均风力在1.0 m/s附近,大风日数平均在1 d左右。2021和2022年风力明显上升,其中2022年年平均风速达2.5 m/s,为历年最大。