华东地区风速趋势变化特征及其原因分析

卢 晔，何豫秦，庞 翻，杨 琼，韩 洁(.陕西省宝鸡市气象局，陕西宝鸡7006;.陕西省汉中市气象局，陕西汉中73000)

在全球变暖过程中，地球两极的增暖速度比其他地区快，这意味着两极和赤道的温差不断缩小，由此导致两地大气压力差减小，风速自然也变小了。Jiang等研究指出近50年来除西藏高原及其东部和东南部地区年平均风速不存在显著线性变化趋势外，我国大部分地区年平均风速呈明显的减小趋势，冬季是我国平均风速减小最显著的季节［1］。城市化发展、测站迁址及测风仪器的变更均对我国年平均风速的长期变化产生一定影响，但都不是近50年来我国年平均风速呈显著减小趋势的主要原因，大气环流的变化才是造成我国年平均风速呈显著减小趋势的最可能原因，即在全球和亚洲变暖的背景下，西伯利亚高压减弱、海陆温差和气压差减小，亚洲纬向环流加强、经向环流指数减弱，亚洲冬季风和夏季风减弱导致我国平均风速减小［2］。而人类活动在全球变暖以及上述事实中的作用，有待进一步研究证实。

作为我国一大平原地带的华东地区是全国人口最密集的地区，对能源的需求量也是最大的。另外，我国华东地区东部是沿海地区，特殊的地理位置使其风能资源不仅受海陆影响，冬季风、夏季风均可以影响到此地，同时华东地区最南端是夏季风的影响地，也是每年台风登陆最多的地区，这些特殊的背景均对华东地区的风速有很大的贡献。所以对我国华东地区的风速和风能进行统计分析研究就显得相当必要。笔者在此利用我国华东地区1961～2010年84个气象观测基准站和基本站的逐日风速资料以及NCEP/NCAR再分析风场资料，统计分析了近50年华东地区风速的趋势变化特征，并研究了我国华东地区风速与大气环流的联系。

1 资料与方法

文中我国华东地区包括山东省、安徽省、江苏省、江西省、浙江省及上海市，南北跨度14个纬度，东西跨度9个经度，选取该区域的基本站和基准站作为研究对象。共计84个站点1961～2010年的逐日10 m高度平均风速的站点资料，以及NCEP/NCAR提供的高空格点再分析风场资料，分辨率为2.5°×2.5°。季节划分为冬季(前一年12月～当年2月)、春季(3～5月)、夏季(6～8月)和秋季(9～11月)，其中1961年冬季平均按照1、2月平均计算。主要利用一元线性回归的线性趋势、经验正交分解(EOF)分析方法对华东地区1961～2010年84站风速资料进行分析。

2 华东地区风速趋势分析

2.1 冬季 由华东地区冬季风速的气候倾向率分布(图1)可见，近50年冬季风速均是呈减小趋势的，其中泰山、黄山、庐山、武夷山减小最明显，气候倾向率达－0.06 m/(s·a)，沿海地区气候倾向率在 －0.03～ －0.02 m/(s·a);整个华东地区风速的减小趋势由沿海向内陆递减。

对华东地区冬季风速应用EOF分析方法分析得出冬季风速的空间分布特征和对应的时间序列，结果发现，第1、第2、第3载荷向量对总方差的贡献分别为42.23%、10.04%、8.57%，根据 North 准则［3］，可以得到第 1、第 2、第 3 载荷向量所对应的经验正交函数是有价值的信号，对华东地区风速的特征有较大的贡献。第1模态空间分布表现为华东地区风速变化的一致型，沿海地区以及高山地区变化比其他地区大;时间序列表现为显著的线性减小趋势，说明近50年华东地区冬季风速整体呈减小趋势。第2模态空间分布表现为南北分布型;时间序列表现为明显的年代际变化特征，1961～1972和1993～2004年对应空间分布负值区为风速减小时段，1972～1993和2004～2010年为风速增大时段，在正值区则相反。第3模态空间分布表现为由南至北“正负正负”型，2个正中心分别位于福建东南部和江苏，2个负中心分别位于江西东部和山东北部;时间序列表现为明显的年代际变化特征，1961～1975和1999～2010年对应空间分布正值区为风速增大时段，1975～1999年为减小时段，在负值区则相反。

2.2 夏季 从华东地区夏季风速的气候倾向率分布(图2)可看出，大部分区域夏季风速在近50年均是呈减小趋势的，仅在江西省、福建省、浙江省三省交界处的小部分地区呈增加趋势。

对华东地区夏季风速应用EOF分析方法分析得出夏季风速的空间分布特征和对应的时间序列，发现第1、第2、第3载荷向量对总方差的贡献分别为 27.77%、19.26%、11.46%，根据 North 准则［3］，可以得到第 1、第2、第 3 载荷向量所对应的经验正交函数是有价值的信号，对华东地区风速的特征有较大的贡献。第1模态空间分布表现为由南至北方向的“负正负”型，2个负中心位于山东中部、浙江福建两省交界区域;时间序列表现为显著的线性减小趋势和年代际变化特征，1961～1998年对应空间分布正值区为风速减小时段，1998～2010年为风速增大时段，在负值区则相反。第2模态空间分布表现为西南至东北方向的“正负正”型，2个正中心分别位于江西省中部和江苏省西南部，负中心位于山东北部和福建中部;时间序列表现为显著的线性减小趋势和年代际变化特征，1961～1986年对应空间分布正值区为风速增大时段，1986～2010年为风速减小时段，负值区则相反。第3模态空间分布表现为西南至东北方向的“正负”型，正中心位于江西东部，负中心位于安徽西部;时间序列表现为显著年代际变化特征，1961～1973和1993～2004年对应空间分布正值区为风速减小时段，1973～1993和2004～2010年为风速增大时段，在负值区则相反。

3 华东地区风速与大气环流的联系

3.1 冬季 由图3可见，1 000 hPa风速整体呈减小趋势，且沿海地区的减小趋势大于内陆，并由沿海向内陆递减;850 hPa，风速整体呈减小趋势，29°N处存在一个零线，并由此零线向南北2个方向递增;500 hPa，29°N以南地区的风速呈增大趋势，以北地区的风速呈减小趋势。对比图1可以看出，华东地区冬季风速与大气环流中的经向风和纬向风呈一致性。

为了研究华东地区风速与大气环流的联系，将风速经验正交(EOF)分解的第1、第2和第3时间序列分别与同期1 000、850、500 hPa的纬向风场和经向风场做相关。由图4～6可见，第1时间序列与同期冬季不同层次的经向风场呈显著相关，风速与华东地区大半个东部区域1 000 hPa的经向风场呈显著正相关，风速与江苏、浙江两省东部大部分地区的850 hPa经向风场呈显著正相关;第2时间序列与同期冬季不同层次的纬向风场呈显著相关，风速与山东、安徽、江苏交界区域的冬季850 hPa纬向风场呈显著正相关，与江西、福建以及浙江南部地区的冬季500 hPa纬向风场呈显著正相关;第3时间序列与同期冬季不同层次的经向风场呈显著相关，风速与福建的冬季1 000 hPa经向风场呈显著正相关，风速与福建、江苏的冬季850 hPa经向风场呈显著正相关。由此可见，主要是第1、第2时间序列与华东地区冬季不同层次的纬向风场和经向风场有显著相关，且相关主要表现在1 000和850 hPa。总体来说，华东地区冬季风速的一致减小型主要与沿海地区的经向风有关，且1 000 hPa的相关较850 hPa更为显著;南北分布型主要与华东地区南端沿海地区的纬向风有关;正负正负型主要与华东地区东南端沿海地区经向风有关。

3.2 夏季 由图7可见，1 000 hPa华东地区风速整体呈减小趋势，由东南向西北方向递减;850 hPa，华东地区风速整体呈减小趋势，且由东南向西北方向递增;500 hPa，山东省、安徽省和江苏省西北大部分地区的风速呈减小趋势，并向西北方向递增，而福建省、浙江省以及江苏省东南小部分地区的风速气候倾向率基本无变化，仅上海市及附近小部分区域的风速呈增大趋势。对比图2可以看出，华东地区夏季风速与大气环流的经向风和纬向风呈一致性。

从图8可看出，第1时间序列与同期夏季500 hPa经向风呈正相关，主要表现在山东半岛东部小部分区域;第3时间序列与同期夏季1 000 hPa经向风呈显著正相关，主要表现在安徽和江西大部分地区。可见主要是第3时间序列与夏季平均风速有显著相关，且相关主要表现在1 000 hPa经向风场。总体来说，华东地区夏季风速的负正负型和正负型主要与经向风有关。

4 结论

(1)华东地区风速整体呈减小趋势，沿海地区和高山地区比中部平原地区变化幅度大，冬季比夏季减小趋势明显。且冬夏两季风速与大气环流的经向风和纬向风呈一致性。

(2)华东地区冬季风速的一致减小型主要与沿海地区的经向风有关，且1 000 hPa的相关较850 hPa更为显著;南北分布型主要与华东地区南端沿海地区的纬向风有关;正负正负型主要与华东地区东南端沿海地区的经向风有关。夏季风速的负正负型和正负型主要与经向风有关。

［1］JIANG Y，LUO Y，ZHAO Z C，et al.Changes in wind speed over China during 1956 －2004［J］.Theor Appl Climatol，2010，99(5):421 －430.

［2］江滢，罗勇，赵宗慈，等.中国及世界风资源变化研究进展［J］.科技导报，2009，27(13):96 －104.

［3］魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术［M］.北京:气象出版社，1999:37 －38.