周浩亮等
摘要 利用1981~2010年風向風速觀測資料,采用線性回歸分析和風向頻率玫瑰等方法,分析文登市風速風向的變化特征及風速的年際、季節(jié)、日變化幅度。結(jié)果表明,近30年文登市平均風速為3.4 m/s;春季最大,冬季次之,秋季最??;風速通常是午后大,午夜至清晨??;近30年平均風速呈上升趨勢,年平均最大風速為17.2 m/s,年平均大風日數(shù)為21.1 d;出現(xiàn)最多風向為C、NNW和S。
關(guān)鍵詞:風速變化;風向頻率;特征;文登市
中圖分類號:S213 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611(2015)08-163-02
社會發(fā)展離不開能源保障,在世界各國面臨能源危機和環(huán)境污染的雙重壓力下,應(yīng)對氣候變化提倡低碳和無碳能源已成為新的熱點[1]。風能資源作為一種干凈的、無污染、可再生能源,在能源結(jié)構(gòu)多元化發(fā)展中具有很大的發(fā)展?jié)摿2]。文登地處山東半島東部,海岸線長達155.88 km,山地面積占19%,西部的昆崳山脈是“膠東屋脊”,風能資源豐富。良好的資源優(yōu)勢和發(fā)展環(huán)境,吸引了眾多風電企業(yè)的目光。自2009年起,大唐、中廣核等知名風電企業(yè)齊聚文登。筆者利用文登市氣象局1981~2010年風資料,統(tǒng)計分析出風要素的變化特征,為風力資源評估提供依據(jù),提高風能利用率。
1 資料與方法
利用文登市氣象觀測站1981~2010年逐月平均風速、逐月最大風速、年平均風速、年最大風速及各風向頻率等資料,分析1981~2010年多年風向風速的變化幅度。采用線性平均分析法,回歸方程為y=ax+b,式中,b為常數(shù),a為回歸系數(shù),氣象上稱氣候傾向率,當a為正(負)時,表示氣象要素值在計算時間內(nèi)線性增加(減?。?;x代表年份。
2 結(jié)果與分析
2.1 平均風速變化特征
2.1.1 年變化和年代際特征。
據(jù)資料統(tǒng)計(圖1),1981~2010年文登市年平均風速為3.4 m/s,年平均風速最大值出現(xiàn)在 2005年,為4.4 m/s;年平均風速最小值出現(xiàn)在2003和2004年,均為2.8 m/s。年平均變化分3個階段,1981~1991年風速基本接近多年平均值;1992~2004年風速偏小,均低于多年平均值;2005~2010年為風速偏大時期,年平均風速為3.9~4.4 m/s。由于上升的幅度大于下降的幅度,總趨勢仍為上升。
2.1.2 季節(jié)變化。
大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)具有明顯的季節(jié)性特征,而風又直接受二者的影響。因此,有必要分析一下風速的季節(jié)變化。從圖2可以看出,開發(fā)風能資源的最好季節(jié)是春季(3~5月),平均風速為4.0 m/s,其中以4月最大,平均風速達4.3 m/s;夏季(6~8月)、秋季(9~11月)、冬季(12~次年2月)平均風速相差不大,分別為3.3、2.9、3.4 m/s,其中以9月最小,平均風速僅為2.5 m/s 。
2.1.3 日變化。
風速具有明顯的日變化規(guī)律,通常是午后大、午夜至清晨小。因為近地面層大氣中風速日變化主要決定于湍流變換的日變化[3]。日出以后,地面逐漸受熱,近地面空氣開始升溫,逐漸形成不穩(wěn)定大氣層結(jié),上下層空氣的湍流交換開始加強,上層空氣的動量下傳使得近地層空氣獲得動量,風速逐漸增大,風速在午后達到最大。午后地面溫度逐漸下降,湍流交換逐漸減弱,風速也不斷減小。夜間,由于地面輻射冷卻作用,近地面空氣降溫,易形成穩(wěn)定大氣層結(jié),該層結(jié)不利于空氣動量下傳,而地面摩擦作用使得近地面風速減小,這樣一直持續(xù)到夜間,至清晨時風速達到最小。從多年自記風資料統(tǒng)計,日最大風速多出現(xiàn)在15:00~17:00,日最小風速多出現(xiàn)在日出前后。這種規(guī)律晴天較陰天明顯,若有較強天氣系統(tǒng)影響時,此規(guī)律也不明顯。
2.2 最大風速變化特征 1981~2010年文登市年平均最大風速為17.2 m/s,年極大風速的最大值為32.1 m/s,出現(xiàn)在3月,年極大風速的最小值為19.6 m/s,出現(xiàn)在9月;年最大風速的最大值為23.7 m/s,出現(xiàn)在4月,年最大風速的最小值為15.9 m/s,出現(xiàn)在10月(圖3)。全年最大風速呈雙峰型,1~4月冷空氣活躍,風速呈遞增趨勢;5~6月呈下降趨勢;7~8月由于夏季對流旺盛,不穩(wěn)定天氣系統(tǒng)增多,風速較高;9~10月風速下降;11月由于冷暖空氣,風速略有回升,之后逐漸下降。
2.3 風向頻率變化 風向的變化主要受到天氣系統(tǒng)和地形的共同影響,據(jù)1981~2010年多年風向資料(圖4)統(tǒng)計,文登市最多風向為C、NNW和S,因文登2005年遷站原因,周圍環(huán)境發(fā)生變化,自2005年后靜風出現(xiàn)頻率減少,仍以偏北風和南風為主。12月~次年3月盛行NNW、NW和N風,4~11月盛行S、SSW和SW風。
2.4 大風資料分析 歷年大風日數(shù)采用累年整編資料,統(tǒng)計出文登累年大風日數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),一年中,春季是大風日數(shù)最多的季節(jié),其中3月極為顯著,與風速的年變化一致。一般大風日數(shù)最多的月份與月平均風速最大的月份是一致的[4]。春季大風日數(shù)約占全年大風日數(shù)的51%。1981~2010年文登市平均大風日數(shù)為21.1 d,其中1981年出現(xiàn)大風日數(shù)最多,為38 d;1996年出現(xiàn)大風日數(shù)最少,為5 d。
3 結(jié)論
(1)文登多年盛行偏北風和偏南風(除靜風外),其中12月~次年3月盛行NNW、NW和N風;4~11月盛行S、SSW和SW風。風速存在明顯的日變化,通常是午后大、午夜至清晨小。一年之中春季風速最大,冬季次之,秋季最小。
(2)近30年文登市年平均風速變化分3個階段,1981~1991年風速基本接近多年平均值;1992~2004年風速偏小,均低于多年平均值,2003、2004年風速值最??;2005~2010年為風速偏大時期,2005年風速值達最大值。
(3)近30年文登市全年最大風速呈雙峰型,1~4月冷空氣活躍,風速呈遞增趨勢;5~6月呈下降趨勢;7~8月由于夏季對流旺盛,不穩(wěn)定天氣增多,風速較高;9~10月風速下降;11月由于冷暖空氣,風速略有回升,之后逐漸下降。
(4)一年中,春季是大風日數(shù)最多的季節(jié),3月極為顯著,與風速的年變化一致。
參考文獻
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