基于区域自动站资料探讨石家庄地区大风特征

摘 要：选用石家庄市2017—2021年国家站及区域自动站正点10 min平均风向风速及极大风向风速资料，按照常规统计方法，通过风玫瑰图、大风日数及空间分布、月季变化、日变化、大风持续时间、大风极值、天气过程分类对国家站、区域站大风特征进行分析。结果表明：（1）区域站数据可以作为国家站数据的有效补充。（2）石家庄大风出现的总体规律是西部地区多于其他地区，山区多于平原，同时具有很强局地性特征。（3）各地大风日季节变化特征为春季多，初秋少。大风日变化显著，白天出现大风次数明显多于夜间，下午出现大风次数明显多于上午。（4）在偏北大风天气过程中，中西部县（市）区域站大风持续时间＞5 h；中东部县市区域站大风持续时间均＜5 h。从西部开始到全区出现大风经过3～4 h，夏季雷雨大风从西北县（市）开始发展到全区经过1～2 h。

关键词：区域自动站；大风特征；大风日数

中图分类号：P457.5 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）07–0-03

石家庄市西处太行山中段东麓，东为滹沱河冲积平原，跨太行山地和华北平原两大地貌单元；地势西北高东南低，海拔差距大，地貌复杂。大风是石家庄市主要灾害性天气之一，一年四季均有发生。受大陆vMXNf2X4czyA0+X+Sw12e4QPNvQsl2BD1fslizXdVUk=性季风气候影响，石家庄大风主要分为4种类型：一是雷雨大风，主要出现在4月下旬至10月，以6、7月为主；二是寒潮大风，多出现在秋末至冬春季；三是偏南大风，主要发生在春季及夏季初期，且多出现于午后；四是偏东大风，主要发生在春、秋季。

随着现代气象科技的发展，地面气象观测网的范围越来越大。石家庄地区共有17个国家级自动气象站，297个区域自动站。其中，四要素气象站97套，六要素气象站25套，海拔＞1 000 m的自动站5个，海拔＞500 m的自动站14个，海拔＞200 m的自动站29个。

地面自动气象站资料具有空间分辨率高、时间间隔短的特点，一直是气象部门日常观测的重要资料之一，也是为数值天气预报提供更精确初始场的重要资料来源[1-2]。当前，部分区域站数据多用于气温和降水量的研究，而用于大风上的研究利用率较低，适用性不明确。基于此，通过分析石家庄地区17个国家自动气象站及122个区域自动气象站风的观测资料，探讨区域自动气象站风数据适用性、大风天气特征及发生发展规律，得出大风时空分布特征，确定大风易发点，为做好气象预报精细化服务工作、加强大风预报和预警监测、增强防灾减灾能力作出贡献。

1 资料与方法

1.1 资料

选用石家庄市2017—2021年国家自动气象站（以下简称国家站）及区域自动站正点10 min平均风向风速及极大风向风速资料进行分析，当10 min平均风速≥10.8 m/s或极大风速≥13.9 m/s时，定义为大风日[3]。

此外，对相关时间段进行统一：春季为3—5月，夏季为6—8月，秋季为9—11月，冬季为12—翌年2月；上午为08：00～14：00，下午为14：00～20：00，前半夜为20：00～翌日02：00，后半夜为02：00～08：00[4-5]。

1.2 方法

首先，对大风数据进行质控，根据10 min平均风速值及极大风风速值判断数据是否合理。

其次，根据大风发生前该站点风速的变化趋势，或周围站点风速情况，判别大风发生时刻是否为突变值。

再次，通过以上2方面排除异常值，筛选因仪器故障而产生的大风数据，确定最终真实、可靠的大风数据，选出大风天气过程[6]。

最后，按照常规统计方法，通过风玫瑰图、大风日数及空间分布、月季变化、日变化、大风持续时间、大风极值、天气过程分类研究石家庄市近5年国家站、区域站大风特征。

2 结果与分析

2.1 风玫瑰图对比分析

根据各国家级地面气象观测站和部分区域自动站14：00大风数据（图1），石家庄站与鹿泉韩庄站的主导风的风向均为东南，且风频差均＜3次；晋州站与晋州前屯站主导风的风向均为南，且大多方向风频差均＜3次，只有东南方向风频差为4次；赞皇站与赞皇岭根底站主导风风向均为东南，且风频差均＜3次；井陉站与井陉窦王岭站主导风的风向均为东南，但东、西两方位风频差＞10次。新乐站与新乐庄稼的主导风向均为南且风频差均＜3。

通过对国家站与区域站风玫瑰图对比，其主导风向基本一致；个别方向风频有所差别，差距小的为2～3次，差距大的为10次左右；石家庄市东部县（市）下午主导风风向为南风，而中西部主导风风向为东南。

2.2 大风日数及其空间分布

从各国家站大风日日数得出，年均大风日日数＞20次的有6个站，赞皇县每年出现大风次数最多，为45.4次；东部县（市）及城中（藁城市、栾城区、正定县）出现大风次数少，年均＜10次，其中藁城市出现大风次数最少，为4.8次。

从各区域站大风日数可见，年均大风日日数＞20次的分布在赞皇县、井陉县、行唐县、鹿泉区、高邑县和元氏县西部，赞皇岭根底每年出现大风次数最多，为45.2次。赞皇南部、赞皇与井陉交界处、井陉与鹿泉交界处、元氏西部、平山西部、行唐与灵寿交界处为大风多发区。

2.3 大风的月、季变化

石家庄地区全年四季均有大风出现，春季大风日日数最多，占全年日数的34.8%～42.5%，峰值在5月，其次是11月，再次是7月（多为雷雨大风）。而2—3月，6月、8—10月大风日日数最少，月大风次数＜2次。

2月开始，春季冷暖气团交替活动频繁，冷锋活动和气旋生成最多，且由于大陆回暖快使得进入黄海、日本海的大陆高压变性加强，当石家庄地区存在低压或是地形槽发展加深时，常产生大风天气，且大风日日数呈上升趋势；5月处于春夏交替时节，极易出现对流天气，双重影响下导致5月出现大风日日数最多。6—8月，石家庄地区盛行偏南风，地面气压梯度小，风速不大，受气旋、台风及雷暴等强风天气系统影响产生大风天气；10月以后，冷空气势力加强，冷锋过境和寒潮暴发造成大风天气，且大风日日数开始增加，11月处于冷暖交替、季节转换时期，易出现大风。

2.4 大风的日变化

如表1所示，上午出现大风次数占全天的18.2%

～30.8%，下午出现大风次数占全天的48.5%～59.1%，前半夜出现大风次数占全天的13.6%～20.8%，后半夜出现大风次数占全天的4.5%～12.9%。综上所述，大风日变化显著，白天出现大风次数明显高于夜间，下午出现大风次数明显高于上午。

2.5 大风的持续时间

以石家庄地区2018年1月7—8日偏北大风天气过程为例，世界时12：00起，赞皇嶂石岩观测站观测到大风，16：00左右，西部县（市）观测站观测到大风，18：00～19：00，全区站点均观测到大风天气（表2）。

此次过程石家庄地区西部县（市）观测站极大风速一直持续在7级以上，持续时间超过5 h；而中东部县市区域站大风持续时间均不足5 h；此次过程从西部开始到全区出现大风历时3～4 h。

以石家庄地区2020年8月1日雷雨大风天气过程为例，北京时间19：00，井陉、平山、灵寿、行唐4个县（市）区域站开始监测到大风，平山秋卜洞站极大风速24.6 m/s。21：00，全区出现大风，晋州前屯站极大风速20.8 m/s；此次雷雨大风过程从西北县（市）开始发展到全区，大约历时2 h（表3）。

综上，在偏北大风天气过程中，中西部县（市）区域站出现大风持续时间＞5 h；而中东部县市区域站大风持续时间均＜5 h。偏北大风过程从西部开始发展到全区经过3～4 h。

在雷雨大风过程中，从西北县（市）开始发展到全区，经过2 h。在春夏交替或夏季午后对流天气发生时，若监测到上游县（市）出现大风，结合雷达可提早指导县（市）局提前发布预警信号。

2.6 大风的极值

＞10级以上的大风大多分布石家庄地区的西部、南部，而鹿泉以东县（市）观测站极大风速均＜8级；＞8级以上大风天气大多为对流影响；赞皇岭根底、井陉窦王岭、平山合河口均出现过＞30 m/s的大风天气，这与其地理位置、海拔有很大关系。

2.7 大风天气过程分类

石家庄地区出现大风天气多为偏北风和对流雷雨大风，偏北风出现频率为33.3%～63.6%，雷雨大风出现频率为27.2%～55.6%，而偏南大风出现频率仅为9.1%～14.2%，偏南风很少会造成大风天气。同时，石家庄地区易受强对流天气影响，所造成的雷雨大风具有局地性强、持续时间短、极值大等特点，因此，在夏季要加强对强对流天气雷雨大风的监测[7-8]。

2.8 大风易发点

通过对石家庄地区2017—2021年国家站及区域站大风日数及空间分布、月季变化、日变化、大风持续时间、大风极值、天气过程分类分析，确定8个大风易发点（图2）。

3 结论

（1）2017—2021年间国家站出现139次大风天气过程，区域站出现273次；大部分测站的年平均大风次数在3～5 d，其中赞皇、井陉、行唐、鹿泉、高邑、元氏年平均大风日数＞20 d，赞皇年平均大风日数最多为45.4 d，且大风过程持续时间较长，与之对应的风速较大。

石家庄地区大风出现的总体规律是西部地区多于其他地区，山区多于平原，且赞皇窦家寨（41 d）、岭根底（45.2 d）、嶂石岩（39.6 d），井陉窦王岭（27.4 d）、上水库（21.8 d），鹿泉韩庄（21.6 d），灵寿五岳寨（15.6 d），行唐张家庄（24 d）等站点为大风易发区，同时具有很强的局地性特征。

（3）各地大风日季节变化为春季多，初秋少，春季大风日数占全年的34.8%～42.5%，且5月大风日最多，9月大风日最少。大风日变化显著，白天出现大风次数明显多于夜间，下午出现大风次数明显多于上午。

（4）在偏北大风天气过程中，中西部县（市）区域站大风持续时间＞5 h；中东部县（市）区域站大风持续时间均＜5 h。从西部开始到全区出现大风大约经过3～4 h，夏季雷雨大风从西北县（市）开始发展到全区大约经过1～2 h。

参考文献

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