西安城区与郊区风向风速差异分析

曹　梅，杨　珍，王　斌

(1.西安市气象局，西安　710016；2.陕西省防雷中心，西安　710014)



西安城区与郊区风向风速差异分析

曹梅1，杨珍1，王斌2

(1.西安市气象局，西安710016；2.陕西省防雷中心，西安710014)

摘要：利用西安国家一般气象站和泾河国家基本气象站2006—2013年同期风向风速地面观测资料，分析比较了西安城区与郊区风向及风速的差异。结果表明：西安城区的月平均风速均小于郊区，城区比郊区偏小50%左右；两地逐月月平均风速波动趋势基本一致，郊区波动较大，城区较平缓；两地年平均风速均呈缓慢减小趋势，城区比郊区减小趋势明显；郊区极大风速远大于城区；郊区大风日较多，城区仅有1 d，郊区出现大风的概率远高于城区。城区和郊区最多风向略有偏差，偏离1～20个方位；城区四季的最多风向均不同，郊区四季的最多风向变化不大；城区极大风风向较为分散，郊区较集中。

关键词：风向风速；差异分析；城市与郊区；西安站；泾河站

风是最重要的气象要素之一，它可以反映大气环流的基本特征。风与人们的生产生活息息相关，风的资料在能源开发、桥梁建设、环境整治、输电线路等方面得到了广泛地应用。近十年来，城市化进程的加快以及台站探测环境的改变对风的影响非常显著。众多学者的研究结果表明，近年来我国大部分台站的风速呈逐渐下降趋势[1-4]。吴利红等[5]利用浙江省36个站点33 a资料研究表明，站点改变是导致风速序列非均一性的主要原因。鲁渊平等[6]应用陕西1971—2000年的风资料分析发现，陕北、关中年平均风速均有减小的趋势，陕南的年平均风速在90年代有所增大。从以往的研究结果看，风不仅受到大尺度天气背景的影响，观测环境的变化也是对风影响非常重要的因素。2005年位于西安市未央路上的西安基准气候站(城区)迁至泾河(郊区)，原站变更为一般站，在经过8 a的同期观测后，西安一般气象站于2013年底正式撤站。利用西安国家一般气象站(区站号57036，以下简称“西安站”)和泾河国家基本气候站(区站号57131，以下简称“泾河站”)2006—2013年风向风速地面观测资料，分析对比西安市城区与郊区的风特征，以期对西安市在不同领域的风能利用提供依据，也能对西安迁站造成的风均一性进行初步分析。

1观测站点简介

1.1站点信息

西安站(108°56′E，34°18′N，海拔397.5 m)站点位于西安市最繁忙的主干道未央路上，未央路距离测站仅200 m，站点四周各方位均建有零散高层建筑物，可代表城市的区域特征。泾河站(108°58′E，34°26′N，海拔410.0 m)站点位于西安城北北泾河工业园区内，站点地势较周围高，南邻渭河，周围比较空旷，2006年初建时四周无建筑物。近年来，随着地区经济的发展，泾河站周围也有建筑物出现，但整体仍可反映郊区气候特征。西安站距泾河站直线距离为20.0 km。

1.2仪器和资料

西安站和泾河站在2006—2013年期间使用的自动站设备均为华创升达生产的CAWS600自动站。测量的风要素为10 m高空的风向风速，风向风速设备仪器型号也均相同，风向型号为EL15-2D，风速仪器型号为EL15-1A。两站2006—2013年都为有人值守台站，观测资料齐全无中断。

2风速变化特征分析

2.1月平均风速

由图1可见，各月平均风速城区小于郊区，西安站比泾河站偏小50%左右。两站逐月月平均风速的变化趋势略有差异，但波动趋势基本一致。泾河站月平均风速起伏较西安站明显，最大3月2.9 m/s,最小10月2.11 m/s，波动幅度为0.79 m/s；西安站月平均风速起伏较为平缓，最大6月1.59 m/s，最小10月1.11 m/s，波动幅度仅为0.48 m/s。10—2月，两站均保持较小风速；3月正是北方沙尘天气增多的季节，两站风速均明显增大；4月后北方风沙天气减少，风速趋于平稳。泾河站7月平均风速仍有明显增加，主要由夏季局地雷雨、大风天气较多所致。

图1　2006—2013年西安站和泾河站月平均风速

2.2年平均风速

由图2可知，两站年平均风速均呈缓慢减小趋势，西安站和泾河站的变化速率分别为-0.08 (m/s)/a、-0.04 (m/s)/a，说明年平均风速城区比郊区减小趋势明显。从图2还可看出，两站风速差值(差值均为泾河站-西安站，下同)在逐渐增大，其原因是西安站周围高层建筑物增加速度快，改变了地面粗糙度，对风速形成了明显的阻挡作用，使风速的减小幅度比泾河更大。

图2　2006—2013年西安站与泾河站年平均风速

2.3极大风速

极大风速是指某一个时段内出现的最大瞬间风速值[7]，在自动观测中为1 min的平均风速。从表1可看出，泾河站年极大风速远大于西安站，两站极大风速差值变化范围较大，为-3.9～10.8 m/s,2008年泾河站年极大风速比西安站大了10.8 m/s。西安站仅在2011年6月6日出现21.0 m/s的大风天气，使得当年西安站的极大风速大于泾河站，这也是西安站8 a中唯一的一次大风天气。

表1　2006—2013年西安站和泾河站年极大风速风向对比

为了了解在同一天气系统下两站极大风速的差异，选取泾河站几次极大风速≥17 m/s的大风日加以分析。从表2可看出，两站基本同时出现较大风速，说明两站处在同一大气环流中，但泾河站的极大风速远大于西安站，其差值变化范围为3.0～17.0 m/s，2008年7月20日泾河出现25.8 m/s的大风，当日西安站极大风速仅为8.8 m/s，其差值达到17.0 m/s。这种差异主要由地面摩擦力的差异造成，城区建筑物较密集，地面摩擦力较大，消弱了极大风速的量级。

表2西安站和泾河站同期极大风速比较

m/s

注：风速后为各极大风速对应风向

2.4年大风日数

两站的年大风日数差异较大，西安站出现≥17 m/s的大风日较为罕见，8 a中仅在2011年出现1 d。泾河大风日较多，共出现14 d，其中，2006年达5 d之多，2007年出现3 d，2009年出现2 d，其余年份1 d。由此可见，郊区出现大风的概率远高于城区。

3风向频率对比分析

3.1年平均风向频率

图3为西安站和泾河站2006—2013年平均风向玫瑰图，可以看出，两站在16个方位的最多风向分布略有差异。西安站的最多风向为ENE，次多风向为NE、W；泾河站的最多风向为NE，次最多风向为SW。两站的最多风向和次多风向均有偏转。两站主导风向在N—NE—SE方位区间，泾河站较西安站向北偏转了1个方位。在S—SW—NW方位区间，泾河站较西安站向南偏转了2个方位。西安站的主导风向较为分散，在N—NE—SE方位区间有5个主导风向，各风向频率分布较均匀，而泾河站有3个主导风向。

风向的变化除受大气环流的影响外，地形及探测环境对风向的影响也较大，城区受到四周环境的影响，主导风向的作用已逐渐减弱，从而出现多个主导风向。

图3　2006—2013年西安站和泾河站平均风向频率/%对比

3.2四季风向频率

图4为西安和泾河四季(春季为3—5月、夏季为6—8月、秋季为9—11月、冬季为12—2月)的风向频率对比，从图4可看出，泾河站的最多风向一年四季较为稳定，均为NE。西安站四季最多风向均不同，春、冬季为ENE，夏季为NE，秋季为W。在SW—W方位区间，两站最多风向在四个季节偏转角度均一致，西安站的最多风向为W，泾河的最多风向为SW。在NE—E方位区间，两站在春、秋、冬的最多风向偏转角度

也一致，泾河站最多风向为NE，西安站最多风向为ENE；夏季最多风向两站一致，均为NE。

由于泾河站周围环境较空旷，一年四季风向频率分布变化不大。而西安站由于周围高大建筑物的影响，风向发生突变的可能性较大，因此四季最多风向均有差异。

图4　2006—2013年西安站和泾河站四季风向频率/%对比

3.3极大风风向

由表1可看出，城区与郊区的极大风风向差异较明显，泾河的极大风风向主要集中在WNW—N—ENE方位区间，西安站的极大风风向较分散，无规律可循。

4小结

应用西安站和泾河站2006—2013年的同期风向风速资料，分析城区和郊区风向和风速差异，得出了以下结论。

(1)西安城区的月平均风速均小于郊区，城区比郊区偏小50%左右；两地逐月月平均风速波动趋势基本一致，郊区波动较大，城区较平缓。

(2)两地年平均风速均呈缓慢减小趋势，城区的城市化进程较郊区快，风速减小趋势也比郊区明显。

(3)郊区的极大风速远大于城区。郊区大风日较多，城区仅有1 d，郊区出现大风的概率远高于城区。

(4)城区和郊区最多风向略有偏差，偏离1～2个方位。郊区四季的最多风向变化不大，城区四季的最多风向均不同。郊区极大风风向较集中，城区较为分散。

参考文献：

[1]任国玉，郭军，徐铭志，等.近50年中国地面气候变化基本特征[J].气象学报，2005，63(6)：942-956.

[2]彭珍，胡非.北京城市化进程对边界层风场结构影响的研究[J].地球物理学报，2006，49(6)：1608-1615.

[3]刘学锋，江滢，任国玉，等.河北城市化和观测环境改变对地面风速观测资料序列的影响[J].高原气象，2009，28(2)：433-439.

[4]江滢，罗勇，赵宗慈.近50年我国风向变化特征[J].应用气象学报，2008，19(6)：666-672.

[5]吴利红，骆月珍，孙莉莉.浙江省近34年年平均风速序列均一性检验研究[J].气象科技.2008，36(5)：661-665.

[6]鲁渊平，杜继稳，侯建忠，等.陕西省风速风向时空变化特征[J].陕西气象，2006(1)：1-4.

[7]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：48.

中图分类号：P425

文献标识码：A

作者简介：曹梅(1979—)，女，陕西米脂人，大学本科，工程师，从事综合气象测报。

收稿日期：2015-10-31

文章编号：1006-4354(2016)02-0019-05

曹梅，杨珍，王斌. 西安城区与郊区风向风速差异分析[J].陕西气象，2016(2)：19-23.