中条山西南部山区风向风速资料分析＊

范秀平，戴翠贤，史源香，徐可文，米晓楠

（1.山西省气象信息中心，山西 太原030006；2.河南省三门峡市气象局，河南 三门峡472000；3.山西省气候中心，山西 太原030006）

风能利用研究日益受到科研机构众多学者的关注，陈艳英[1]模拟了重庆地区风资源的空间分布；马玲霞等[2]探讨了新疆老风口风能资源分布特征；莫芳等[3]对凉山州风资源分布特征进行了分析；段门喜等[4]对山西朔州平鲁区1975—2004年逐月风能变化情况进行了分析，得出风功率密度与风速之间有很好的对应关系；江滢等[5]指出利用气候模式模拟和预估近地层风速方面的研究还需要做大量试验。

中条山西南部山区位于晋豫两省运城、三门峡地区交界处，是中国重要的风电产业发展基地之一。如何有效利用风能发电是该区域加快能源建设、实施可持续发展战略的现实需要，同时也是推进生态文明建设、加速乡村振兴发展的迫切需求。

1 资料来源及分析方法

1.1 资料来源

2011年后，山西、河南气象部门大面积铺开常规气象观测站（简称“区域站”）建设工程，成为国家地面观测气象站（简称“国家站”）的重要补充，所采集数据为小尺度天气系统预报研判、细化分析风资源提供了数据支持。本文利用2014—2018年11个国家地面观测气象站、67个常规气象观测站（如表1所示）风向风速资料，进行该区域风速日、月、年变化以及风向频率分析。

表1 参与分析的站点个数及区站号

1.2 分析方法

选用2014—2018年各小时10 min平均风速风向和最大、极大风数据进行分析。其中，最大风速为某时段出现的最大10 min平均风速值，极大风速指某个时间段内出现的最大瞬时风速值，风向方位按16方位统计分析。依据各站小时数据利用地面气象测报（OSSMO）软件计算每日平均风速（24时次），挑取日最大、极大风速；计算每月（年）平均风速，挑取月（年）最大、极大风速及月（年）最多风频。利用Excel软件做各站的月、季、年风速变化趋势图、绘制各站风向玫瑰图。

2 风速分析

2.1 风速日变化

该地区11个国家站一日（以20：00为日界）当中风资源比较密集的时段集中在08：00—14：00，风速在2～3.5 m/s之间。叠加区域站资料后，有62个区域站风速日变化与国家站类似（如图1所示），08：00—14：00风速较大，其余时次风速较小，多在11：00风速达到当日最高。日平均风速在1.0～1.9 m/s之间的有40站，在2.0～2.9 m/s之间的有25站，大于3.0 m/s的有8站，其中位于河南三门峡市湖滨区高庙乡大安村的O2171，各时风速最大，日变化在3.5～4.8 m/s之间。

图1 中条山西南部山区11个国家站和62个区域站小时风速日变化曲线

但也有5个区域站风速日变化与以上趋势不一致。O2175、B8278、B8310三站16：00后风速逐渐增大，夜间22：00左右风速逐渐减小，白天08：00—14：00反倒是个低值区。B8157、B8204的日变化曲线有多个高值区，其中04：00—07：00、12：00—14：00风速较大。结合这5站参数及地理环境进行进一步比较分析，除B8204外，其余4站考虑风速日变化规律受站点所处的周围环境影响，在这些站点附近建立风电场时需考虑周围环境的影响。

2.2 风速月、季、年变化

1月闻喜、平陆、垣曲有4～6 m/s风速较大区，闻喜、垣曲个别站点风速达到6～8 m/s。2月闻喜、绛县、垣曲、平陆有4～6 m/s风速较大区，闻喜、绛县、垣曲个别站点风速达到6～8 m/s。3月绛县东北部、平陆南部及夏县的小区域风速较大，其余多数地区风速在2～4 m/s之间。4月多地风速在2～4 m/s之间，少部分在0～2 m/s之间。5月与4月接近，6—10月多地风速小于4 m/s，11、12月风速逐渐增大，平陆南部与三门峡交界处出现4～6 m/s风速区。冬半年风速明显大于夏半年。春季风速多在2～4 m/s之间，盐湖区、平陆、垣曲地域内风速多小于2 m/s。夏季北麓风速进一步减小，南麓芮城、平陆、夏县少部分地区风速在2～4 m/s之间。秋季变化与夏季接近。冬季风速进一步加大，多地风速在2～4 m/s之间，并且在垣曲、闻喜、平陆出现4～6 m/s风速区。因此冬、春季是这个区域风资源比较丰富的季节。

该区北麓年平均风速较小，多在1.0～2.6 m/s之间，只有闻喜中部、盐湖区北部小部区域风速在2.6～4.0 m/s之间。山区南麓风速相对较大，芮城中部及与河南灵宝交界处风速在2.6～3.2 m/s之间。平陆、夏县为风速高值区，尤其平陆南部与河南三门峡交界处，风速在4.0～4.8 m/s之间，是风资源密集区。分析各站2014—2018年最大风速资料，永济靠近中条山附近、芮城西南部和灵宝交界地带、平陆东南部与三门峡交界地带、夏县中部及盐湖区东北部最大风速可达13～16 m/s，平陆和夏县最大风速达16～19 m/s。挑取2014—2018年各站极大风资料中最大的一次，芮城西南部和灵宝交界地带、平陆东南部与三门峡交界地带仍是极大风活跃区，瞬时风速可达28～32 m/s，以二者为中心，向周边延伸，极大风速在25～28 m/s之间，仅绛县与闻喜交界处、垣曲大部、闻喜与夏县交界处、盐湖区西部少数地方极大风较小，如图2所示。

图2 年平均风速、最大风速、极大风速变化图

3 风向分析

3.1 风向季变化

利用Excel软件绘制各站各年的风向玫瑰图，并按季节综合分析，如图3所示。山区春季多数站最多风向为E，夏季多数站最多风向为SSE，秋季多数站最多风向为SE，冬季多数站最多风向为ENE。风电场建设初期不仅应考虑大气环流背景，还应考虑当地地形、地势对风的走向的影响，需要参考周边站点各月风向频率，同时要关注年最多、次多风向。

图3 四季最多风向分布图

3.2 风向年变化

山区年最多风向为E的站较多，其他年最多风向没有明显规律。因此具体建立风电场要参考周边站点，逐一分析其风速、风向变化，综合考虑。

4 结论

平陆东部、夏县南部、芮城与灵宝交界处为风资源密集区，是开发风资源、建立风电场的理想选择。

中条山西南部山区110.43°E—110.67°E之间，111.13°E—111.60°E之间和35.17°N以南为风资源较丰富区，在该区域开发建厂、生态治理或风力发电都需考虑周边风向风速的季、年变化情况。

山区冬半年风速明显大于夏半年。冬半年最多风向以ENE、E为主，夏半年最多风向以SSE、SE为主。但不同地方的最多风向除受大气环流影响外，还受当地地形、海拔高度等的影响，有些站点次多风向和最多风向方位完全相反，因此，需要根据季节做生产上的调整。