黑龙江九三农垦地区风与降雪的关系研究

刘建生 邵晓梅

摘 要：从黑龙江省九三农垦1971—2015年的逐日风、降水量以及降雪天气数据中提取了冬半年逐日风、降雪数据，分析了该区近45a风与降雪的关系。结果表明：该区年平均风速呈减小趋势，年降雪量呈增加趋势，风速和降雪量在冬半年呈先减小后增加的凹形分布;日降雪量与日平均风速、 日最大风速存在一定的线性正相关; 降雪时，日平均风速、日最大风速较大，且日最大风速风向主要为偏北风，随着降雪的结束，风速越来越小，日最大风速主要风向由偏北风变为偏南风;多年降雪量集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北东（NNE）3个风向上，并且在16个风向上呈W分布。

关键词： 黑龙江省九三垦区;平均风速;最大风速;降雪量;降雪日数

一、资料与方法

1.资料

本文所用资料为该区的1971-2015年的逐日平均风速、最大风速、最大风速风向、逐日降水量、降雪天气现象、逐日平均气温、平均最高气温、平均最低气温等资料，从多年逐日风、降雪量和降雪天气现象数据中提取冬半年逐日风、降雪资料进行研究（该降雪资料不包括雨夹雪）。以今年10月到次年4月为一个冬半年。

2.方法

为直观体现较长时间年际波动情况，保留时间序列的完整性，对45个冬半年年平均风速、年最大风速、年降雪量、年降雪日数进行了距平分析及5a移动平均分析，并用一次线性关系表示年际变化趋势。

为明确分析风速的分布特征，本文以1 m·s-1为一个基本风速区间对风速进行研究，统计多年日平均风速和多年日最大风速在每个风速区间出现的频率。 每个风速区间中间值代表一个风速区间，例如6 m·s-1代表5.6 m·s-1—6.5 m·s-1。

考慮到降雪后2天，积雪表层会形成一层结皮，除特大风口、风蚀坑外，降雪3天后风对积雪的分布不再产生作用，因此在研究风和降雪时间上的关系时，只统计分析降雪当日、降雪后第1天至第3天的日最大风速的速度和风向，并用玫瑰图进行表示。

在研究多年风和降雪量的关系时，以0.1mm降雪量为一个基本单位，同一日降雪量值会对应多个日平均风速值和日最大风速值，此时对多个日平均风速值及日最大风速值分别求均值，建立降雪量和平均风速、最大风速一一对应关系。

研究降雪在16个风向上的分布情况，统计分析每个降雪日的风向，根据分析结果在origin中采用四次多项式建立降雪在16个风向上的分布模型，计算模型系数取值及其95%置信区间，并对模型进行T检验。

二、风和降雪的基本特征

1.年际变化

该区45个冬半年年平均风速和年最大风速总体上呈减少趋势，并且都具有明显的阶段性。45a年平均风速为3.1m·s-1，年平均风速最大为4.0m·s-1（1975年），最小为2.1m·s-1（2012年）。除1986、1991、1992年外，1972-1997年间的多年平均风速均高于45a年平均风速，为正距平，此阶段年平均风速为3.4 m·s-1。1998-2015年间仅有2001年为正距平，其余年份均低于45a年平均风速，为负距平，此阶段年平均风速为2.6 m·s-1。

年最大风速的减少趋势更为显著， 45a年最大风速为6.7 m·s-1，年最大风速最大为8.8m·s-1（1975年），最小为4.7m·s-1（2013年）。除1991、1992、1996年外，1972-1998年间的多年最大风速均高于45a年最大风速，为正距平，此阶段年最大风速为7.5 m·s-1。从1999年开始年最大风速变为负距平，此阶段年最大风速为5.7 m·s-1。

近45年来年降雪量呈增加趋势，增长率为3.0mm/10a，并且年际波动较大。20世纪70年代后期、20世纪80年代后期、20世纪90年代前期及2003年以来为降雪多发期，20世纪70年代中期、70年代末期到80年代初期、80年代中期、80年代末期以及90年代中后期为少雪期。年降雪日数的变化与年降雪量相反，呈减少趋势，递减率为1.6d/10a。20世纪70年代前期、70年代末期到80年代中期、90年代前期以及21世纪10年代中后期年降雪日数多，20世纪70年代中期、80年代末期到90年代初期、20世纪90年代后期到21世纪10年代前期以及2012年以来年降雪日数偏少。

2.年内变化

平均风速、最大风速在冬半年各月份均呈凹型分布，并且最大风速变化更为剧烈。10月和4月月平均风速、月最大风速最大，分别为3.7m·s-1、7.7 m·s-1和4.6 m·s-1、9.3 m·s-1，1月则最小，二者分别为1.9 m·s-1、4.9 m·s-1。

降雪量呈凹型分布、降雪日数呈凸型分布。降雪量集中在11月、10月和4月，分别占冬半年总降雪量的18.3%、18.0%和16.5%，12月和3月降雪量相当，分别为14.9%、14.0%，1月和2月降雪量最小，两月之和仅占18.2%。

3.各等级风和雪的分布特征

冬半年日平均风速和日最大风速在风速区间上呈单峰型。日平均风速主要集中在1-4m·s-1区间，累积频率为73.2%，在2.0m·s-1处频率达到最高值21.2%。日最大风速主要分布在3-8 m·s-1区间，累积频率为67.8%，在6 m·s-1处频率达到最高值12.5%，风速10.0 m·s-1以上日最大风速累积频率仅为13.0%。

冬半年日最大风速风向主要集中在NW-NNE、S-SSW方位上，NW-NNE方位各风向出现频率之和为37.7%，S-SSW方位各风向出现频率之和为23.1%。其中S出现的频率最高，达到13.5%，其次是NNW，频率为11.4%，N和SSW出现的频率分别为9.9%、9.6%。

该区降雪以小雪为主，降雪量占年降雪量的51.1%，降雪日数占总降雪日数的58.9%;其次为中雪，降雪量占年降雪量的23.9%，降雪日数占总降雪日数的5.3%。大雪、暴雪的降雪量占总降雪量的25.0%，与中雪接近，而降雪日数仅占总降雪日数的2.2%;微量降雪日数占总降雪量的33.6%。

通过对各等级降雪在冬半年内各月份分布的分析（表略），得到微量降雪和小雪在各月份分布比较均匀，中雪、大雪和暴雪则多发生在冬半年开始和结束月份，大体呈凹型分布。

三、风和降雪的关系

1.最大风速与降雪时间

降雪时，日最大风速风向突出表现在北（N）和北北西（NNW），两个风向出现频率之和为36.7%，对应日平均最大风速区间为7.5-8.5m·s-1;降雪后第1 天，日最大风速风向突出表现在北北西（NNW）和西北（NW），两个风向出现频率之和为30.3%，对应日平均最大风速区间为6.5-8.0m·s-1，降雪后第2天，日最大风速风向突出表现在南（S）和南南西（SSW），两风向出现频率之和为27.5%，对应日平均最大风速区间为5.5-7.0 m·s-1;降雪后第3天，日最大风速风向突出表现在南（S）、南南西（SSW），两个风向出现频率之和为27.1%，对应日平均最大风速区间为5.5-6.5 m·s-1。降雪发生至降雪结束的3天，日最大风速主要风向由偏北风变为偏南风，风速逐渐减小。

2.平均风速、最大风速与各等级降雪时间

日平均风速、日最大风速在各等级降雪时间序列上的变化存在一定差异，降雪时降雪等级越高，风速越大;降雪后第1天，四个等级降雪的日平均风速、日最大风速的值基本趋于一致;降雪后第2天，中雪的日平均风速、日最大风速值最大，其次是小雪、暴雪，大雪最小;降雪第3天，各等级降雪的日平均风速、日最大风速值趋于一致。

分别对日降雪量与日平均风速、日最大风速进行拟合，发现两者存在一定的相关性，并且相关性基本一致，都呈现出随着降雪量增大风速逐渐增大的趋势，但日降雪量越大，日降雪量与日平均风速、日最大风速的相关性越低。

3.风向与降雪量

多年降雪量在不同风向上的分布存在显著性差异，集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北东（NNE）三个风向上，三个风向的降雪量累积频率为49.6%，北（N）风向的降雪量频率最高（20%）。此外，三个主要风向降雪量累积频率的年际变化存在一定的波动，总体上处于减少的趋势。其中，北（N）风向降雪量频率为减少趋势、北北西（NNW）风向降雪量频率为增加趋势、北北东（NNE）风向降雪量频率为增加趋势。

四、结语

通过对东北典型黑土区北部风、降雪变化特征及两者关系的分析，得到如下结论：

1.风的基本特征。年平均风速，年最大风速为下降趋势;月平均风速、月最大风速在冬半年各月份呈凹型分布;日平均风速和日最大风速在风速区间上呈单峰型分布，日最大风速风向主要集中在NW-NNE、S-SSW方位上。

2.降雪的基本特征。年降雪量为增加趋势，年降雪日数为减少趋势;月降雪量、月降雪日数在冬半年各月份分别呈凹型分布、凸型分布。

3.风与降雪的关系。日降雪量与日平均风速、日最大风速存在一定的线性正相关，降雪时，日平均风速、日最大风速较大，日最大风速风向主要为偏北风，随着降雪的结束，风速越来越小，日最大风速主要风向由偏北风变为偏南;多年降雪量集中分布在北（N）、北北西（NNW）、北北东（NNE）三个风向上。

参考文献：

[1] 张志富， 希爽， 刘娜，等. 1961-2012年中国降雪时空变化特征分析[J]. 资源科学， 2015， 37（9）：1765-1773.

[2] 李邦东， 赵中军， 舒黎忠，等. 1961-2010年东北地区降水事件时空均匀性研究[J]. 气象與环境学报， 2014（3）：52-58.

作者简介：刘建生（1979-12-）男，汉族，黑龙江省大庆市大同区人，大学本科，副高级农艺师，从事农业生产工作。