武威市极大风速气候特征分析及其推算

曾婷　赵东旭

摘要 利用武威市观测站2005～2013年最大风速与极大风速观测数据，拟合武威市最大风速与极大风速之间关系，从而推算1980～2004年极大风速，对武威市1980年以来极大风速气候特征进行分析。结果表明，1980年以来武威市极大风速共出现4个峰值，分别出现在1984、1985、1993和2013年，尤其是1993年，极大风速达30.5 m/s，历史灾情记录显示1993年的“5.5黑风”破环力极强，给武威的农业生产带来了极大的影响，1994～2012年属于极大风速较小阶段，但由于此阶段武威市设施农业发展迅速，仍是给當地生产造成的严重的损失，利用第Ⅰ型极值分布方法推算武威市未来10、30、50、100年内可能出现的最大风速，推算结果分别为28.6、31.3、32.6、34.3 m/s，在今后设施农业的规划和发展应加强大风灾害的防范。

关键词 极大风速；第Ⅰ型极值分布；推算；气候特征；武威市

中图分类号 S161 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）20-06717-02

The Climate Characteristics Analysis and Calculation for Maximum Wind Speed in Wuwei City

ZENG Ting et al

（Key Laboratory of Arid Climatic Change and Reducing Disaster in Gansu Province， Key Open Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction CMA， Lanzhou Institute of Arid Meteorology China Meteorological Administration， Lanzhou， Gansu 730020； Wuwei Meteorological Bureau， Wuwei， Gansu 733000）

Abstract Using the maximal wind speed data and the maximum wind speed of Wuwei City station during 2005-2013， fitting the relationship between the maximal wind speed and the maximum wind speed， then the maximum wind speed from 1980 to 2004 was calculated， the climate characteristics of maximum wind in Wuwei City were analyzed since 1980. The results showed that the maximum wind speed had four peaks since 1980 in Wuwei City， they appeared in 1984， 1985， 1993 and 2013， especially in 1993， the maximum wind speed reached 30.5/s. The historical disaster records showed that in 1993 “5.5 black wind ”force was extremely strong， take great impact for the agricultural production in Wuwei. From 1994 to 2012， the maximum wind speed belonged to a little small stage， but in this stage the facility agriculture was developing rapidly， disaster losses are still very serious. Using the first typeⅠextremal distribution method， the maximum wind speed in the next 10， 30， 50， 100 years in Wuwei City was calculated. The calculation results were 28.6， 31.3， 32.6， 34.3 m/s. The wind disasters should be considered in the planning and development of facilities agriculture in the future.

Key words Extreme wind speed； The first typeⅠextremal distribution； Projection； Climate characteristics； Wuwei City

2013年7月30日19：50～21：00，武威市出现阵性大风和扬沙天气，瞬间极大风力达到10级，局部地方极大风力达11级，全市农作物受灾面积6 048.1 hm2，损坏日光温室80座，养殖暖棚96座，农业损失达2 913.94万元。极端大风天气严重影响着武威市设施农业的快速发展，因此在日光温室、养殖暖棚等农业设施建设初期，应充分考虑这些设施在使用期内可能遇到的风速极值，积极做好应对措施，最大程度上降低极端大风天气可能造成的损失。笔者利用武威市观测站年极大风速历史观测资料，推算出历史极大风速序列并对其气候特征进行分析，在此基础上对武威市未来10、30、50、100年可能出现的极大风速进行推算。

1 资料与方法

1.1 气象资料及其处理

要研究不同重现期的极大风速值，首先需要历史（30年以上）极大风速序列值，之后利用统计方法可以估算极值风速。武威市观测站建站初期，只能定时人工观测记录2 min平均风速，自记装置安装之后开始有10 min平均风速，自2005年开始安装自动气象观测站，才实现了极大风速的积累。

由于极大风速气象资料长度并不符合极大风速重现期的研究，因此，利用2005～2008年武威市观测站每分钟连续的风速观测资料，统计出日最大10 min平均風速V10 min和日极大风速V极大，共得到3 287个样本，两者间相关系数为0.95。对两组数据进行一元回归拟合[1]，得到一元回归方程V极大=1.55V10 min+0.330 2，

方程回归系数为0.91。对方程进行显著性检验，计算F值为5 413 100，查F分布表知F>F（α=0.05）=3.85，方程通过显著性检验。从图1可以看到，极大风速和最大风速两组数据呈现集中状态，说明两者相关性显著。

图1 武威市极大风速与最大风速拟合关系

1.2 第Ⅰ型极值分布

第Ⅰ型极值分布方法是国内外常采用的拟合方法，在气象上，多用来推算未来时段可能出现的最大降水量、最大风速[2-4]以及极端值可能出现的频率[5]，其密度函数为：

F（x）=exp{-exp[-α（x-u）]}，其中，μ=1n∑ni=1Vi、σ=1n-1∑ni=1（Vi-μ）2、α=c1σ、u=μ-c2α，式中，u为分布的位置参数，即分布的众值；α为分布的尺度参数；Vi为连续n个年最大风速样本分布序列，在此n取34；μ为均值；σ为标准差；c1、c2为方程系数，具体值如表1所示。

2 结果与分析

2.1 极大风速序列及其气候特征

利用1980年1月～2004年12月平均最大风速推算该时段年极大风速，2005年1月以后为直接观测的极大风速，建立1980～2013年极大风速序列（表2）。从武威市1980～2013年最大风速、极大风速变化（图2）可以看出，近34年武威市最大风速与极大风速变化趋势基本一致，风速变化存在4个峰值，分别出现在1984、1985、1993和2013年，1980～1995年武威市极大风速呈现增长趋势，最大值出现在1993年，风速达30.3 m/s，历史灾情记录1993年5月5日武威市出现强沙尘暴天气，平均风力7～8级，瞬间风力9～12级，最小能见度为零，农作物受灾面积5 080 hm2，社会经济损失达7 843.2万元，可见突发的灾害性大风天气对武威市农作物的影响及其严重。1995以后，武威市极大风速变化较小，风速平稳维持在多年平均值（21.8 m/s）以下，但这并不意味着该时段大风灾害性天气鲜有发生，加之此时段属于武威市设施农业发展起步阶段，基础设施比较薄弱，相应的预防措施不到位，大风天气仍然给当地的农业带来了极大的影响。历史灾情记录显示1995～2001年武威市凉州区共出现5次大风沙尘暴天气，对设施农业造成较大损失，其致灾原因主要在于瞬时极大风速均在6级（13.8 m/s≥风速≥10.8 m/s）以上，因此瞬间极大风速的大小直接决定着灾害的严重程度。相比于1995～2001年时段，2001年以后武威市极大风速再次呈现上升趋势，而与1980～1995年时段相比，上升幅度较小，且极大风速最大值也明显小于1980～1995年，但由于近年来武威市设施农业发展迅速，日光温室、养殖暖棚等面积快速增长，灾害性大风天气造成的经济损失也迅速增加。

2.2 极大风速推算

利用第I型极值分布方法，计算得出武威市未来10、30、50、100年内可能出现的极大风速，其推算结果分别为28.6、31.3、32.6、34.3 m/s。

3 结论

（1）1980年以来武威市极大风速共出现4个峰值，分别出现在1984、1985、1993和2013年，尤其是1993年，极大风速达30.5 m/s，历史灾情记录显示1993年的“5.5黑风”破环力极强，给武威的农业生产带来了极大的影响。

（2）1994～2012年属于极大风速较小阶段，但由于此阶段武威市设施农业发展迅速，仍是给当地生产造成严重的损失，可见随着设施农业面积的不断增大，防范极端大风天气的必要性愈加明显。

（3）利用第Ⅰ型极值分布方法推算武威市未来10、30、50、100年内可能出现的最大风速，推算结果分别为28.6、31.3、32.6、34.3 m/s，这对武威市现如今大力发展的特色林果业、温室种植、养殖产业来说是潜在的隐患，因此在设施农业的规划和发展应加强大风灾害的防范。

参考文献

[1]

魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，1999.

[2] 庞文保，白光弼，滕跃，等.P-Ⅲ型和极值Ⅰ型分布曲线在最大风速计算中的应用[J].气象科技，2009，37（2）：221-223.

[3] 蒋承霖，黄浩辉，植石群.广东地区大风拟合的适用性研究[J].广东气象，2010，32（2）：8-10.

[4] 黄浩辉，宋丽莉，植石群，等.广东省风速极值Ⅰ型分布参数估计方法的比较[J].气象，2007，33（3）：101-106.

[5] 张尚斌.用耿贝尔模型统计分析极大风速出现概率[J].江西能源，2008（3）：26-29.