印江新建气象站风向风速代表性分析

谢仁波，颉春艳，代瑞华，李晓龙

(1.贵州省印江县气象局，贵州 印江 555200；2.贵州省德江县气象局，贵州 德江 565200)

0 引言

地面气象观测的“三性”原则为代表性、准确性、比较性，是气象观测资料应用的基础性要求[1]。而且有学者认为，因站址代表性差而产生的误差要远大于单纯的仪器系统设定的代表性误差[2]。进入21世纪以来，随着大气探测自动化综合系统的建立和不断完善，长期困扰气象观测的比较性和准确性问题得到了根本性改善[3]，搬迁台站的代表性也引起了相当的重视[4]。观测环境变化对风的影响又是显著的[5-7]，风向、风速随高度和环境变化要比气温、气压和相对湿度复杂得多，因此，对于新建气象站，有必要专门研究风向风速的代表性。

因城市扩容和探测环境遭受持续破坏的双重原因，2015年7月1日印江国家级气象台站由该县峨岭镇西门外中寨口(城郊)迁移到其东北方向约750 m的峨岭镇沙子堡并开始正式观测，新站气象探测环境评分为93分(仅山体遮挡面积扣7分)。毗邻的德江气象站、本县天气指标站之一的三合站有不少于3 a的连续观测资料，为研究印江新站的风向风速代表性提供了数据支撑，同时城市规划、新建生产企业气候环境评估，也对研究印江新站的风向风速代表性提出了现实需要。

1 资料和方法

印江新站资料来源于2014年1月—2017年12月的A文件。德江站资料为2014年1月1日—2017年12月31日，三合天气站资料为2014年7月1日—2017年12月31日。其中德江站位于印江西北方向，都属于梵净山西部，两站直线距离约为41 km，探测环境优越，无任何人为障碍物，气象探测环境评分为99分，较印江新站高108 m。三合天气站(三合炮站内，四周较为开阔)位于印江新站东北偏东方向，相距约28 km，海拔较印江新站高585 m。

风向的比较用风玫瑰图方法，风速比较用差值法。为便于比较，风向频率保留1位小数，有别于《规范》[8]，风向角度、方位统一按表1进行。

表1 风向方位与度数对照表Tab.1 A Table of wind symbols and angles

2 研究结果

2.1 印江新站地面测风环境分析

印江新站位于县城东面的小山包上，观测场海拔高度521.5 m，风向风速感应器距离地面10.5 m，观测场距离公路、铁路、河流均满足《气象设施和气象探测环境保护条例》。

印江新站和德江站观测场中心距地1.5 m高处四周障碍物情况为：印江新站四周距高比均为山体，无人为障碍物，近处也无高大植物；与老站建站时东边最大仰角12°，西边最大仰角13°相比，新站探测环境还略优于老站建站时的环境。德江站周边的环境要更加优越一些，周边山体仰角总体比印江新站低。

2.2 印江新站风向稳定性分析

为了解主导风向的稳定性，表2分年给出了风向频率从大到小的前3名。新站2014—2017年较多频率的风向很稳定，不论2 min还是10 min排名前3的都是C,NE,ENE。

表2 印江新站主要风向统计Tab.2 Main wind direction statistics of Yinjiang new station

2.3 印江新站与德江站风玫瑰图比较

图1给出了德江站与印江新站2014—2017年10 min风玫瑰图。由图可见，印江新站风速风向的最大频率与德江站一致，都是NE,但次多风向德江是NNE，印江却为ENE,差别明显。处于东部的印江国家站风向较西边的德江国家站更偏东，已具备随着测点东移风向偏东的基本雏形。

从稳定性来论，德江站由于周边地物状况稳定，10 min主导风向也很稳定,2014—2017年都是NE风(表3)。

表3 德江站主要风向及频率统计表Tab.3 Main wind directions and frequency statistics of dejiang station

图1 印江新站与德江站风玫瑰图比较(a:德江站，b:印江新站)Fig.1 Comparison of wind roses between yinjiang new station and dejiang station (a: dejiang station, b: yinjiang new station)

2.4 印江新站与本县三合天气站风玫瑰图比较

图2给出了印江新站与三合天气站2014年7月1日—2017年12月31日10 min风玫瑰图。由图可见，印江新站风速风向的最大频率是NE,次多风向是ENE；三合天气站最多风向是E,次多风向是ENE,随着测点东移，有最多风向逐渐偏东的现象。

图2 印江新站与三合天气站风玫瑰图比较(a:印江新站，b:三合天气站)Fig.2 comparison of the wind rose chart of Yinjiang new station and Sanhe weather station(a:Yinjiang new weather station,b:Sanhe weather station)

从稳定性来论，三合天气站由于周边地物状况稳定，10 min主导风向、次多风向都很稳定(表4)，每年都是E和ENE，只是因为海拔较高，静风频率较县级国家级台站少。

表4 三合天气站主要风速风向及频率统计表Tab.4 Main wind direction frequency statistics of Sanhe weather station

2.5 印江新站、德江站、三合天气站风速比较

印江新站、德江站、三合天气站风杯离地高度都为10.5 m，地面粗糙度接近。图3从西到东给出了印江新站、德江站、三合天气站各风向平均风速图。

从图3可以看出，一是3站主导风向上的平均风速总体较其他方位的风速偏大；二是各方位的平均风速与台站海拔高度有关系，海拔高的站各方位风速总体要偏大一些。

图4给出了印江新站、德江站、三合天气站风速日变化图。从图中可以看出，风速总体上随海拔高度增加而增大。

图3 印江新站、德江站、三合天气站各风向平均风速比较(a:德江，b：印江，c:三合)Fig.3 Comparison of average wind speed in each wind direction of Yinjiang new station, Dejiang station and Sanhe weather station(a:Dejiang,b:Yinjiang,c:Sanhe)

图4 印江新站、德江站、三合天气站风速日变化图Fig.4 Wind daily variation chart of yinjiang new station,dejiang station and sanhe weather station

为了弄清风速随海拔高度增加而增大的具体情况，用印江新站与德江站风速、海拔高度对比分析，风速随海拔增量为0.4 m·s-1/100 m；用印江新站与三合天气站比，增量仅为0.2 m·s-1/100 m。风速虽随测站海拔增加而增大，但增量比较复杂。

3 结论和讨论

①气象服务的实践表明，服务对象并不要求提供数10 a的整编资料，只要求提供3～5 a资料的居多，况且印江新站风向的稳定性好，并与1971—2000年(可以认为观测环境未破坏)整编资料给出的最多、次多风向一致，说明用新站风向资料开展服务是可行的。

②山区最多风向与台站附近的地形地貌有一定的关系，印江新站主导风向往西至少可以代表41 km以内的区域，往东28 km及以上区域代表性已经比较差，针对铜仁西部一定范围内有测点偏东最多风向逐渐偏东的现象，适当加密天气站对于重点建设项目更加(如通用机场)不可或缺。

③印江新站与周边台站一样，主导风向上的平均风速较其他方位略偏大。

④印江新站风速有明显的日变化，风速的数值大小主要依赖站点海拔高度，本县海拔接近的地区用印江新站风向速资料开展服务也是可行的。