李穎莎，晏惠芬，莫 芳，房 鵬

（涼山州氣象局，四川 西昌 615000）

西昌2014年大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)特征分析

李穎莎，晏惠芬，莫 芳，房 鵬

（涼山州氣象局，四川 西昌 615000）

利用西昌探空站2014年高空風(fēng)資料，對(duì)大氣邊界層內(nèi)距地300、600及900 m的風(fēng)向頻率、平均風(fēng)速按月、季度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以此分析西昌地區(qū)大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)特征。結(jié)果表明：西昌地區(qū)大氣邊界層內(nèi)風(fēng)隨季節(jié)變化較大。對(duì)于風(fēng)向：夏季，各高度上通常以SSW和N為主導(dǎo)并有多個(gè)次多風(fēng)向；冬、春、秋季，300 m高度上主要是偏南風(fēng)，600、900 m高度上風(fēng)向主要集中在SSW方向上；風(fēng)速最大出現(xiàn)在春季，最小在夏季。

西昌；大氣邊界層；風(fēng)場(chǎng)特征

0 引言

風(fēng)是了解大氣結(jié)構(gòu)和氣候變化的一個(gè)重要參量。風(fēng)對(duì)大氣的熱量、水分和其他屬性的輸送、交換及對(duì)某一地區(qū)的天氣、氣候的形成都起著重要的作用，利用風(fēng)的資料,可以認(rèn)識(shí)大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。同時(shí)風(fēng)與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，大氣污染物質(zhì)在低層大氣中稀釋擴(kuò)散是多種氣象要素綜合作用的結(jié)果，風(fēng)在其中起主要作用。劉天齊等主編的《環(huán)境保護(hù)概論》一書中指出∶“風(fēng)和湍流對(duì)污染物在大氣中的擴(kuò)散和稀釋起著決定性作用”[1]。分析近地層風(fēng)場(chǎng)特征對(duì)城市規(guī)劃及環(huán)境保護(hù)和居民生活健康都有一定的指導(dǎo)意義。大氣邊界層是大氣圈的最底層，指受地面摩擦阻力影響的大氣層區(qū)域，其厚度大致為300～1 000 m的近地層。為此利用西昌站探空資料,對(duì)大氣邊界層內(nèi)高空風(fēng)向頻率分布、風(fēng)速值變化等特征進(jìn)行了分析，為天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)提供重要因子，同時(shí)為當(dāng)?shù)氐某鞘幸?guī)劃提供重要的氣象依據(jù)。

1 資料與分析方法

1.1 資料

利用西昌探空站2014年每日早（7時(shí)）晚（19時(shí)）2次觀測(cè)記錄，共計(jì)730份資料，統(tǒng)計(jì)距離地面300、600、900 m高度上的風(fēng)向、風(fēng)速資料，對(duì)該地區(qū)的風(fēng)場(chǎng)特征進(jìn)行分析。

1.2 分析方法

數(shù)據(jù)計(jì)算和風(fēng)向玫瑰圖的制作通過電子表格的函數(shù)、繪圖等功能來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算方法采用《高空氣象觀測(cè)手冊(cè)》高空風(fēng)觀測(cè)部份[2]。

1.2.1 統(tǒng)計(jì)計(jì)算風(fēng)頻，制作風(fēng)向玫瑰圖

風(fēng)頻是指吹向某一方向的風(fēng)占總的觀測(cè)次數(shù)的百分比。這里將其分為16個(gè)方位和靜風(fēng)C。

式中g(shù)n為n方向的風(fēng)向頻率，fn為這段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)n方向風(fēng)的次數(shù)，c表示風(fēng)速為0的風(fēng)向（靜風(fēng)）。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，利用電子表格的圖表功能繪制風(fēng)向玫瑰圖，其中中心數(shù)字代表靜風(fēng)頻率。

1.2.2 各高度上的平均風(fēng)速V（平均矢量風(fēng)風(fēng)速）

這里的平均風(fēng)速是指同一高度上不同時(shí)間的平均風(fēng)速，是用求向量和的方法計(jì)算出來的風(fēng)的平均值。

2 西昌地區(qū)邊界層風(fēng)向特征

2.1 300 m高度上風(fēng)向特征

2.1.1 各月300 m高度上風(fēng)向特征

表1 距地300 m高度上各月風(fēng)向頻率 %

從表1中可看出：在距地300 m的高度上西昌全年靜風(fēng)頻率最高出現(xiàn)在1月和12月，分別為11%和10%，最低出現(xiàn)在5月和10月，為2%。其中2、3、4、9和11月主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，分別為27%、28%、23%、25%。在5、6、7、8月各方位風(fēng)頻分布相對(duì)均勻，有多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向或多個(gè)次多風(fēng)向，特別是6、7月表現(xiàn)更為突出。1、12月SE為主，分別為19%、15%，10月ESE為主，為19%。

2.1.2 各季300 m高度上風(fēng)向特征

圖1 距地300 m高度各季風(fēng)向玫瑰圖

從圖1可知：

春季：300 m高度上，靜風(fēng)頻率為3%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，風(fēng)頻為20%，次多風(fēng)向?yàn)镾、SE、E，頻率為分別為15%、9%、9%。

夏季：在300 m高度上，靜風(fēng)頻率為5%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，風(fēng)頻為12%，有E、SE、S、N、NW、NE等不同方位的次多風(fēng)向,合計(jì)為46%。

秋季：在300 m高度上，靜風(fēng)頻率為4%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，風(fēng)頻為16%，次多風(fēng)向?yàn)镾、ESE，風(fēng)頻分別為13%、9%。

冬季：在300 m高度上，靜風(fēng)頻率為8%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾E，風(fēng)頻為16%，次多風(fēng)向?yàn)镾SW、S，風(fēng)頻分別為13%、11%。

綜合分析300 m高度上的風(fēng)向，具有如下特點(diǎn)：

（1）夏季,各方向上風(fēng)頻分布較均衡,主導(dǎo)風(fēng)向SSW上的風(fēng)頻僅12%。

（2）春、秋、冬季300 m高度上的主導(dǎo)風(fēng)向整體從東往南或從西往南偏。西北風(fēng)特別是西風(fēng)較少，一年之中有7個(gè)月風(fēng)頻為0%。西昌300 m高度上風(fēng)向的這一特征主要是受地形影響造成。西昌市位于川西高原（海拔1 500～2 500 m）的安寧河平原腹地，西昌探空站位于市區(qū)內(nèi)，其海拔高度為1 592 m。西昌市區(qū)地勢(shì)平坦，周邊山河呈現(xiàn)南北展布，北高南低的地形特點(diǎn)。由于東西山脈的屏風(fēng)阻擋作用使得東西風(fēng)較少，而北高南低的地形使得北風(fēng)不易吹進(jìn)，因此主導(dǎo)風(fēng)向在偏南方向上。距離地面300 m高度上的風(fēng)向，對(duì)于地面高架源污染物的擴(kuò)散方向有決定作用。綜合考慮300 m高度上的風(fēng)特征，西昌城市建設(shè)中工業(yè)區(qū)應(yīng)建在風(fēng)頻最小的西邊[3]。

（3）距地300 m高度上靜風(fēng)頻率最高出現(xiàn)在1月和12月，分別為11%、10%。靜風(fēng)將不利于污染的擴(kuò)散。經(jīng)查閱環(huán)保局近10年資料，西昌1月份SO2污染日數(shù)最多，污染最嚴(yán)重，12月PM10污染最嚴(yán)重，其原因除了冬天污染物排放量相對(duì)較高外，與高靜風(fēng)頻率也有相當(dāng)?shù)年P(guān)系。

2.2 600 m高度上風(fēng)向特征

2.2.1 各月600 m高度上風(fēng)向特征

表2 距地600 m高度上各月風(fēng)向頻率 %

從表2可看出∶600 m高度上，靜風(fēng)頻率最大出現(xiàn)在10月和5月，分別為8%、7%，正好與300 m高度相反，最低出現(xiàn)在4月，為0。其中6、7、8月存在偏南和偏北2個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向。其余各月以SSW為主導(dǎo)風(fēng)向，以2、11、3月更為突出，這一方向的風(fēng)頻分別達(dá)46%、40%、39%。

2.2.2 各季600 m高度上風(fēng)向特征

圖2 西昌市距地600 m高度各季風(fēng)向玫瑰圖

從圖2可知：

春季：600 m高度上，靜風(fēng)頻率為3%，主導(dǎo)風(fēng)向是SSW，次風(fēng)向是S，風(fēng)頻分別為29%、13%，合計(jì)42%。

夏季：600 m高度上，靜風(fēng)頻率為3%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW和N，分別為16%、15%，呈現(xiàn)兩相反方向，其余各方位風(fēng)向分布較均勻。

秋季：600 m高度上，靜風(fēng)頻率為5%，主導(dǎo)風(fēng)向是SSW，風(fēng)頻為33%、次多風(fēng)向是S，風(fēng)頻為20%，這2個(gè)方向風(fēng)頻和為53%。

冬季：600 m高度上，靜風(fēng)頻率為3%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，風(fēng)頻為30%、次多風(fēng)向?yàn)镾，風(fēng)頻為23%，這兩個(gè)方向風(fēng)頻和為53%。

綜合分析600 m高度上的風(fēng)向，具有如下特點(diǎn)：

（1）夏季風(fēng)向有南北兩個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向。

（2）春、秋、冬季以SSW為主導(dǎo)風(fēng)向，S為次多風(fēng)向。兩者之和在42%～53%之間。兩者之差在7%～16%之間。

2.3 900 m高度上風(fēng)向特征

2.3.1 各月900 m高度上風(fēng)向特征

表3 距地900 m高度上各月風(fēng)向頻率 %

從表3看出∶在距地900 m高度上，除了6月份有正北和正南2個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向，5月有S、SSW外，其余各月均以SSW為主導(dǎo)風(fēng)向，主導(dǎo)風(fēng)向非常集中，尤其2月、1月、11月，頻率達(dá)57%、46%、45%。

2.3.2 各季900 m高度上風(fēng)向特征

圖3 西昌市距地900 m高度各季風(fēng)向玫瑰圖

從圖3可知：

春季：900 m高度上，靜風(fēng)頻率為2%，主導(dǎo)風(fēng)向SSW，次風(fēng)向?yàn)镾，風(fēng)頻分別為33%、18%，兩者合計(jì)51%。

夏季：900 m高度上，靜風(fēng)頻率為4%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW、S，頻率分別為20%、18%，次多風(fēng)向?yàn)镹、SSE，分別為12%、11%。

秋季：900 m高度上，靜風(fēng)頻率為2%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，頻率為37%，次多風(fēng)向?yàn)镾，風(fēng)頻為17%，這2個(gè)方向風(fēng)頻和為54%。

冬季：900 m高度上，靜風(fēng)頻率為3%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，風(fēng)頻為47%、次多風(fēng)向?yàn)镾，風(fēng)頻為17%，這2個(gè)方向風(fēng)頻和為64%。

綜合分析900 m高度上的風(fēng)向，具有如下特點(diǎn)：

（1）夏季風(fēng)向有SSW、S兩個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向，有N、SSE兩個(gè)次多方向。

（2）春、秋、冬季以SSW為主導(dǎo)風(fēng)向，S為次多風(fēng)向。兩者之和在51%～64%之間，兩者之差在15%～30%之間。

2.4 各季節(jié)風(fēng)向隨高度的變化特征

整個(gè)春季，隨著高度的增加靜風(fēng)頻率沒有多大變化。各高度上風(fēng)向偏南，并隨高度的增加風(fēng)向往SSW方向集中。

整個(gè)夏季，靜風(fēng)頻率隨高度的變化較小。各高度上風(fēng)向有多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向和多個(gè)次多風(fēng)向，風(fēng)向在各方位上的分布較均衡。

整個(gè)秋季，300 m到600 m高度上，靜風(fēng)頻率變化較小，900 m高度略有減小。各高度上風(fēng)向偏南，并隨高度的增加風(fēng)向往SSW方向集中。

整個(gè)冬季，靜風(fēng)頻率從300 m到600 m高度上由8%變化到3%，減小了5個(gè)百分點(diǎn)，600 m和900 m高度上無變化。主導(dǎo)風(fēng)向隨高度由東南風(fēng)向西南風(fēng)偏轉(zhuǎn)。

綜合以上風(fēng)向的分析可以看出∶

西昌靜風(fēng)頻率在冬季從300 m到600 m高度上由8%變化到3%，減小了5個(gè)百分點(diǎn)，其余季節(jié)隨高度增加靜風(fēng)頻率變化不大。西昌距地300 m高度上風(fēng)受地形影響較大,整體風(fēng)向偏南。隨著高度的增加,風(fēng)受地形的影響越來越小,受大氣環(huán)流形勢(shì)的影響越來越大。西昌夏半年受西南和東南暖濕季風(fēng)控制[4]，600 m和900 m高度上風(fēng)向以SSW、S、N、SSE等多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)橹鳎卸鄠€(gè)次多風(fēng)向。冬半年受極地大陸氣團(tuán)影響，高空為干暖的南支西風(fēng)氣流控制[4]。春、秋、冬季從600 m到900 m隨高度的增加，主導(dǎo)風(fēng)向SSW和次多方向S風(fēng)頻和由42%～53%上升到51%～64%，差值由7%～16%之間上升到15%～30%。說明高空風(fēng)向越來越向SSW方向集中。

3 西昌地區(qū)各高度上風(fēng)速特征

表4 各月風(fēng)速隨高度變化表

從表4可以看出：從300～600 m其近地層風(fēng)速隨高度增加而增大，符合近地層風(fēng)速隨高度變化的一般規(guī)律。在11、1、2月風(fēng)速隨高度增加幅度最大，差值分別達(dá)4.6、4.4、4.9 m/s，12月次之，各高度上風(fēng)速最大值均在冬季的2月。最大風(fēng)速出現(xiàn)在2月而不是通常的春季的四月，這與西昌緯度低,中春時(shí)節(jié)相對(duì)提前有關(guān)。6、7、8三個(gè)月各層風(fēng)速的差值最小，為0.9～1.1 m/s。

表5 各季風(fēng)速隨高度變化表

從表5同樣可看出,在冬季,風(fēng)隨高度增加而增加的幅度較快,春秋季次之,夏季各高度上風(fēng)速變化較小。這說明：在冬季，大氣比較穩(wěn)定，對(duì)流不強(qiáng)、上下層動(dòng)量傳遞不暢，在夏季大氣活躍，對(duì)流旺盛[5]。西昌位于涼山州中部，涼山州干雨季分明，6～9月為雨季風(fēng)速較小，10月中下旬后，南支西風(fēng)急流逐漸在青藏高原南部建立，高空南支急流動(dòng)量下傳，近地面風(fēng)速增大，冬春季風(fēng)力最強(qiáng)[4]。

4 結(jié)論

1.西昌距地300 m高度上的風(fēng)主要受地形影響較大，600、900 m高度上隨著高度的增加，風(fēng)受大氣環(huán)流形勢(shì)影響越來越大。

2.在夏季，各高度上風(fēng)向通常以SSW和N為主導(dǎo)風(fēng)向并有多個(gè)次多風(fēng)向。

3.距地300 m高度上主導(dǎo)風(fēng)向整體從東往南或從西往南偏。靜風(fēng)頻率最高出現(xiàn)在冬季的1月和12月。

4.冬、春、秋季，600、900 m高度上的風(fēng)受大氣環(huán)流影響，風(fēng)向幾乎集中在SSW方向上。

5.在冬季,風(fēng)速隨高度增加而增加的幅度較快,春秋季次之,夏季各高度上風(fēng)速變化較小。各季中，風(fēng)速最大值出現(xiàn)在春季，最小在夏季。一年中，風(fēng)速最大值出現(xiàn)在冬季的2月，最小在夏季的6、7、8月。

注釋及參考文獻(xiàn)：

[1]劉天齊．環(huán)境保護(hù)概論[M]．北京：高等教育出版社．1984:97．

[2]高空氣象觀測(cè)手冊(cè):高空風(fēng)觀測(cè)部份[K]．中央氣象局．1976：10,66-72．

[3]楊吾揚(yáng)．董黎明．盛行風(fēng)向與城市布局的關(guān)系[J],城市規(guī)劃，1978(5):21-34．

[4]西昌市志．第一章自然條件，第三節(jié)水文與氣候[G]．

[5]邱海濤．呼和浩特2009年近地層風(fēng)特征分析[J]．內(nèi)蒙古氣象,2010(5):27-28．

The Analysis of Wind Field Characteristics of Atmospheric Boundary Layer in Xichang 2014

LI Yin-sha,YAN Hui-fen,MO Fang,FANG Peng
(Liangshan Meteorological Bureau,Xichang,Sichuan 615000)

Based on Xichang sounding station's high altitude wind data in 2014,the wind direction frequency and monthly and quarterly average wind speed in the atmospheric boundary layer within a distance of 300、600 and 900 m is statistics calculated to analyze the characteristic of Xichang's atmospheric boundary layer wind field.The results shows that∶the wind in xichang's atmospheric boundary layer changes greatly with the seasons.The wind∶in summer,the wind direction is not single and usually dominated by SSW and N at each height.In winter,spring and autumn,there's south wind in the 300 m high while there mainly is SSW wind in 600、900 m high winds.The wind speed is biggest in spring,is smallest in summer.

Xichang;atmospheric boundary layer;features of wind

P463.1

A

1673-1891（2015）04-0055-04

2015-09-08

李穎莎（1969-），女，助理工程師，研究方向：大氣探測(cè)。