摘要:本文利用2014-2018年5年的高空氣象探測資料,歸納總結(jié)出南陽上空海拔6000m以下高空風的變化及分布規(guī)律,為進一步做好氣象服務(wù)和氣象科學研究提供更加詳盡的技術(shù)資料。統(tǒng)計結(jié)果顯示2000m以下的邊界層內(nèi)無論春夏秋冬風速占比最多的都是3-5.9m/s,風速隨著高度升高都有一個逐漸加大然后減小的過程。2000m以上風速逐漸增大,但不同季節(jié)增幅不同,冬季最大,夏季最小。同一高度的風速大于10m/s的占比在春季都要大于其它季節(jié)。風向在邊界層內(nèi)變化基本符合??寺菥€,隨著高度升高風向逐漸向右偏轉(zhuǎn),之后逐漸轉(zhuǎn)入偏西風。在邊界層內(nèi)冬春秋季以東北風居多,夏季則以南風和西南風居多。
關(guān)鍵詞:邊界層;風向;風速
一切的天氣氣候的變化都是在空氣運動過程中產(chǎn)生的,空氣相對地面的水平運動就是氣象觀測中的風。風是大規(guī)模水分、熱量的運載著,又能促進不同性質(zhì)的氣團相互接近,相互作用[1]。對高空風分布的特征進行分析對深入研究當?shù)貧夂蛐纬杉把葑兤鸬椒e極的作用。另外,了解當?shù)剡吔鐚语L的變化規(guī)律對于本地上空污染物的擴散方向有了清晰的認識,對于大氣污染防治、城市規(guī)劃以及應(yīng)急氣象服務(wù)等均有重要的意義。很多同行和前輩在這方面都有一定的探索[2-5],但據(jù)了解目前還沒有利用實時探測資料對南陽上空風的分布規(guī)律進行分析研究的。因此,此次對南陽上空高空風的分布特征進行分析是很有必要的。本文利用南陽高空站單站高空風資料,對不同高度層的風向,出現(xiàn)的頻次,風速隨季節(jié)的變化情況進行統(tǒng)計分析。
1.??? 數(shù)據(jù)來源與方法
研究數(shù)據(jù)采用的是南陽高空站2014年 -2018年5年的L波段雷達探測的高空風資料。每天的資料由07時和19時兩個正點觀測時次獲取。L波段雷達是南陽站2005年開始使用的,它具有探測精度高,性能穩(wěn)定等優(yōu)點。測風方法是利用雷達實時跟蹤升空氫氣球下攜帶的電子探空儀,從而測得每秒鐘氣球所處的的仰角、方位和斜距,進而可計算出地面至大概35KM范圍內(nèi)各高度層的風向、風速。本次根據(jù)需要統(tǒng)計300,400,500,600,700,800,900,1000,1200,1400,1600,1800,2000,3000,4000,5000,6000m,17個高度層的風向、風速,分季節(jié)進行統(tǒng)計,每個季節(jié)取一個月份數(shù)據(jù)作為代表。統(tǒng)計的高度層均為距測站的海拔高度,南陽站雷達天線的海拔高度是186m。
2.??? 統(tǒng)計分析結(jié)果
2.1? 風速的分布特征
風速是按照1~2.9m/s,3~5.9m/s,6~7.9m/s,8~9.9m/s,大于10m/s五個區(qū)間分層進行統(tǒng)計的。統(tǒng)計結(jié)果顯示,同一季節(jié)變化趨勢基本相同,所以取一月、四月、七月、十月分別代表冬春夏秋四季。風速隨高度的變化分布曲線如下圖:冬季在2300m以下風速占比最大的是3~5.9m/s,其次是6~7.9m/s,但在500m以下占比第二大的是風速1~2.9m/s,說明冬季近地面層容易出現(xiàn)較小風速,而冬季又容易出現(xiàn)逆溫,不利于大氣中污染物的擴散,所以這也是冬季容易出現(xiàn)污染天氣的原因。在2300m以上風速大于10m/s的占比迅速加大,到6000m高度已達到97%。春季在3300m以下風速最大占比都是3~5.9m/s,而僅次于此的風速占比是大于10m/s,說明春季低空風比較大。統(tǒng)計結(jié)果也顯示2000m以下同一高度春季風速最大。
夏季整體來說風速都比較小,在統(tǒng)計的6000m以下基本都以3~5.9m/s的風速為主。秋季和春季的變化趨勢接近,只是在低空秋季風速整體小于春季。
五年來300m高度出現(xiàn)的最大風速為18m/s,400m高度出現(xiàn)的最大風速為20m/s,2000m以下的其余各層最大風速都在23~25m/s之間,2000m的最大風速為27m/s。2000m以下的各高度層的最小風速均為靜風。以高空氣象觀測正點時次07時和19時觀測的規(guī)定高度層的風速平均值作圖顯示:500m以下風速隨著高度升高而增大較為明顯,但由此向上至2000m附近無論哪個季節(jié)都有一段變化平緩期,這也符合了北半球中緯度地區(qū)高空風的變化規(guī)律,埃克曼螺線所描述的那樣,在較低高度,風速隨高度的升高增加很快,隨著高度的升高,風速增速緩慢,風向向右偏轉(zhuǎn)。
2.2? 風向的分布規(guī)律:
2.2.1????? 同一高度在不同季節(jié)風向的分布規(guī)律
下圖以海拔300m、400m高度為例展示同一高度在不同季節(jié)的風玫瑰圖。它是以十六方位出現(xiàn)的風向所占的次數(shù)為結(jié)果顯示的。
從圖中可以看出,同一高度在不同季節(jié)風向的分布是不同的。統(tǒng)計顯示在邊界層附近差異較大,冬季秋季以東北風和偏東風為主,夏季以西南風為主,春季則以東北和西南居多。3000m以上的高度隨四季的變化風向差異逐漸縮小,基本以偏西風為主,只是夏季南偏西,其它季節(jié)北偏西。
2.2.2????? 同一季節(jié)不同高度風的變化
從統(tǒng)計結(jié)果得出,在冬季1000m以下都是以東北風為主,東東北次之,到1200m風向有一個向右偏轉(zhuǎn)的趨勢,是以東東北為主,西西北次之,隨后風向開始向北向西偏轉(zhuǎn),到4000m高度基本都是以西風和西西北風為主了。
春季在1000m及以下各高度風向都是以東北風為主,南西南次之,1200~2000m主要以北東北和東北風為主,隨后風向向西偏轉(zhuǎn),到6000m轉(zhuǎn)為西風為主。
夏季3000m以下的主要風向以南西南和南風為主,隨后向西偏轉(zhuǎn),以西西南為主。次之的風向在900m以下則是以東北或東東北風和南、西南風交替出現(xiàn),比如300m次之風向是東東北,400m的次之風向為南風,而500m的次之風向又為東北。從數(shù)值上來看是交替出現(xiàn),實際除300m的次之風向以東北風為主之外,其它層次的東北和西南風的占比相差不大。隨后向北向西偏轉(zhuǎn)。
秋季600m以下以東北風為主,700~1600m基本以東東北、東風和東北風為主,到1800m轉(zhuǎn)為北風為主,隨后向西偏轉(zhuǎn),4000m開始轉(zhuǎn)為正西風為主。
下圖為一月份風隨高度的變化趨勢
4.結(jié)束語
南陽地處北緯33°03′,屬于亞熱帶季風型大陸性氣侯,四季分明,盛行風向有明顯的季節(jié)變化,邊界層低層(300-1000)m風向在冬季和秋季以東北風為主,夏季西南風偏多,春季東北和西南風向所占比例幾乎相當,東北風略多。而在上層(1000-2000)m風向秋冬季以北風和西北風為主,春季以北風和東北風為主,而夏季還是以西南風居多,東北風次之。主要由于春季大陸氣團逐漸減弱,西南氣流不斷向北輸送,所以南陽春季偏南風增多,但由于受盆地地形影響,還是東北風所占頻次略多。而夏季主要受熱帶海洋氣團控制,因而以南風和西南風為主[3]。在邊界層內(nèi)風隨高度的變化實際既受摩擦力隨高度變化的影響,又受氣壓梯度力隨高度變化的影響,所以風向的變化并不完全符合??寺菥€[6]。
以往南陽只有地面風的統(tǒng)計結(jié)果,具有一定的局限性,不夠全面?,F(xiàn)在有了高空風的統(tǒng)計結(jié)果,對于當?shù)匚廴疚锏呐欧磐ǖ烙辛烁逦恼J識,對于城市通風廊道建設(shè)也有積極的意義。對做好氣候評價,提供更好的氣象服務(wù)也有一定的幫助。
參考文獻:
[1] 羅漢民,譚克光等,氣候?qū)W[M],氣象出版社,1980年.
[2] 崔世峰,程正飛,吳月友,安徽省安慶地區(qū)高空風特征分析[J],安徽農(nóng)業(yè)科學,2010年第9 期,5585-5589.
[3] 劉晶,賀俊艷,通遼大氣邊界層風變化特征[J],畜牧與飼料科學,2011年第3 期.
[4] 胡軼鑫,劉玉英等延吉市邊界層風場特征分析[J],吉林氣象,2013年第4 期,28-32.
[5] 溫洛,陳建新,陳燕,南陽市主導風向及風速分布[J],河南氣象,2004年第3 期.
[6] 李愛貞,劉厚鳳,氣象學與氣候?qū)W基礎(chǔ)[M],氣象出版社,2001年.
作者簡介:
張雪玲(1975年3月)女,南陽,本科,職稱:副高,研究方向:大氣科學,作者長期從事氣象觀測工作,有豐富的實踐經(jīng)驗和理論基礎(chǔ),業(yè)務(wù)技能在本單位中處于領(lǐng)先水平,參與過多項科研項目,公開發(fā)表過多篇論文。