鄭穎青 連東英 高 珊

(1. 福州市氣象局，福建 福州 350008；2. 福建省氣象臺(tái)，福建 福州 350008)

1 概述

福建中北部沿海地區(qū)是重要的海洋經(jīng)濟(jì)區(qū)，漁業(yè)生產(chǎn)和航運(yùn)的產(chǎn)值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的半數(shù)以上，沿海大風(fēng)對(duì)上述產(chǎn)業(yè)和沿海居民安全會(huì)造成巨大的威脅。這一地區(qū)擁有眾多的港灣、半島和島嶼，地形復(fù)雜多樣，海岸線曲折，沿海風(fēng)的分布十分復(fù)雜。近年來(lái)大量區(qū)域自動(dòng)站在沿岸地帶和主要海島布設(shè)，為精準(zhǔn)分析沿海風(fēng)的分布特征提供了可能。夏麗花等[1]分區(qū)域分析了臺(tái)灣海峽極大風(fēng)≥8級(jí)的致災(zāi)大風(fēng)的概率和盛行風(fēng)向的氣候特征；高珊等[2]分析了閩東北(寧德)沿海盛行風(fēng)力和大風(fēng)的月分布特征，并對(duì)大風(fēng)的天氣過(guò)程進(jìn)行了分析。上述研究都是在小時(shí)極大風(fēng)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，但漁業(yè)生產(chǎn)和地方防災(zāi)常常需要逐日的分析和預(yù)測(cè)。另外，有的研究選取自動(dòng)站沒(méi)有限制海拔高度，也未分析海拔高度對(duì)沿海風(fēng)的影響。業(yè)務(wù)實(shí)踐和以往研究表明，福州市南部到莆田沿海風(fēng)力明顯大于其以北地區(qū)，需要較細(xì)致地分析南北海域的區(qū)別。本文運(yùn)用更精細(xì)、更具代表性的資料，旨在更細(xì)致地分析福建中北部沿海風(fēng)的分布特征，為當(dāng)?shù)貪O業(yè)生產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)提供更優(yōu)質(zhì)的氣象服務(wù)。

2 研究資料和自動(dòng)站分區(qū)

收集2013—2019年福州、寧德、平潭、莆田的沿海自動(dòng)站的逐時(shí)最大風(fēng)(滑動(dòng)10分鐘平均風(fēng)速最大值及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)向，業(yè)務(wù)上作為平均風(fēng))和極大風(fēng)(滑動(dòng)3秒鐘平均風(fēng)速最大值及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)向，業(yè)務(wù)上作為陣風(fēng))資料，風(fēng)向分為 16 方位；選取地理位置有代表性、建站時(shí)間長(zhǎng)、海拔高度低于65m，到報(bào)率高的 22個(gè)站作為代表站(見(jiàn)圖1)。以北京時(shí)08時(shí)～次日08時(shí)為日界，各站每天24小時(shí)最大風(fēng)和極大風(fēng)分別選擇其最大值作為該站當(dāng)天的日最大風(fēng)和日極大風(fēng)。需要說(shuō)明的是，由于各自動(dòng)站的最小啟動(dòng)風(fēng)速不同，許多站點(diǎn)存在非真實(shí)的靜風(fēng)；另外部分自動(dòng)站出現(xiàn)因儀器觀測(cè)錯(cuò)誤引起的極端大風(fēng)，雖然我們盡可能過(guò)濾這部分極端大風(fēng)，但難免百密一疏，所以許多自動(dòng)站風(fēng)速極端值的可信度和可比性都不大。

圖1 福建中北部沿海自動(dòng)站分布圖

分析福建中北部沿海各代表站所在位置，結(jié)合自動(dòng)站地形，將測(cè)站所在區(qū)域分為港灣、沿岸(大陸較開(kāi)闊的海岸附近)、海島、外海(浮標(biāo)站)四類區(qū)域(見(jiàn)表1)，分別以A、B、C、D代表這四類區(qū)域。

表1 福建中北部沿海代表站與分區(qū)

3 盛行風(fēng)向特征

3.1 年盛行風(fēng)向特征

從全部測(cè)站最大風(fēng)的全年各風(fēng)向概率和風(fēng)速分布(圖2)可見(jiàn)，全年統(tǒng)計(jì)盛行風(fēng)向以東北風(fēng)(N～ENE)為主，4個(gè)方位概率為56.7%，集中于NNE和NE，這兩個(gè)方位分別占20.4%和17.9%，其次為西南風(fēng)(S～WSW)，東北風(fēng)的概率約為西南風(fēng)的3 倍。這和福建省的海岸線走向以及臺(tái)灣海峽的地形有很大關(guān)系。臺(tái)灣海峽呈NNE～SSW走向，所以沿海盛行NNE～NE和SSW～SW方向的風(fēng)。風(fēng)速上也是東北風(fēng)(N～ENE)最大，西南風(fēng)(S～WSW)次之，但各風(fēng)向的風(fēng)速比值遠(yuǎn)小于概率比值。

圖2 最大風(fēng)的年風(fēng)向頻率(藍(lán)線,單位:%)和風(fēng)速(紅線,單位:m/s)

3.2 盛行風(fēng)向的月變化

分析全部測(cè)站最大風(fēng)的各月風(fēng)向概率分布(圖3)表明，1～5月和9～12月的盛行風(fēng)向都為東北風(fēng)，集中于NNE和NE，多數(shù)月份最多風(fēng)向都是NNE；6～8月的盛行風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)。6月和9月都有突變，6月西南風(fēng)概率和風(fēng)速明顯增長(zhǎng)，轉(zhuǎn)為夏季風(fēng)，9月東北風(fēng)概率和風(fēng)速都迅速增大，轉(zhuǎn)入冬季風(fēng)；10～12月，NNE和NE兩個(gè)方位風(fēng)向概率均超過(guò)50%，其中12月的風(fēng)速平均值最大，為8.1m/s，所以12月是最具冬季風(fēng)特征的月份。4月起西南風(fēng)概率和風(fēng)速明顯增大，6月兩者都有個(gè)跳躍性增長(zhǎng)，6～8月西南風(fēng)概率大于東北風(fēng)，其中7月西南風(fēng)概率最大，是同期東北風(fēng)的1.8倍，7月是最具夏季風(fēng)特征的月份；但7月、8月東北風(fēng)速略大于西南風(fēng)，這可能是由于此期臺(tái)風(fēng)對(duì)東北風(fēng)速貢獻(xiàn)大于西南風(fēng)速。

圖3 各月最大風(fēng)的風(fēng)向頻率(藍(lán)線，單位：%)和風(fēng)速(紅線，單位：m/s)

4 風(fēng)速特征

時(shí)最大風(fēng)速平均值(圖4)總體呈現(xiàn)南大北小，東大西小的分布。長(zhǎng)樂(lè)南部到莆田一帶沿海(以下簡(jiǎn)稱南部)風(fēng)力明顯大于福鼎到長(zhǎng)樂(lè)中部沿海(以下簡(jiǎn)稱北部)的風(fēng)力，這主要是由于福建沿海多數(shù)月份盛行東北風(fēng)，長(zhǎng)樂(lè)南部到莆田一帶沿海位于臺(tái)灣海峽東北風(fēng)入口處，加上平潭主島海壇島西側(cè)的海壇海峽，大小兩個(gè)海峽的峽管效應(yīng)使南部風(fēng)力明顯增幅。北部?jī)蓚€(gè)浮標(biāo)站大約為9m/s；南部的浮標(biāo)站平潭氣象要大一些，達(dá)10.4m/s；北部A、B、C三類站點(diǎn)的平均值均未達(dá)到5級(jí)，絕大多數(shù)A、B類站點(diǎn)和靠近大陸的海島站平均最大風(fēng)速都在6m/s以下(僅過(guò)嶼島為6.5m/s)，離大陸較遠(yuǎn)的東星站最大風(fēng)平均值為7.4m/s。相對(duì)而言，南部的站點(diǎn)明顯大于北部；南部許多A、B類站點(diǎn)都超過(guò)6m/s，B類站松下碼頭達(dá)到8.3m/s，平潭島周邊和莆田沿海的許多海島站也都超過(guò)5級(jí)。東西向比較，相近緯度的北部站點(diǎn)，從港灣、沿岸到海島站，往東風(fēng)力明顯增大；但是再往東，離大陸較遠(yuǎn)的海島到海上浮標(biāo)站，風(fēng)力增大不明顯。南部區(qū)域，主要在港灣、沿岸的不同地點(diǎn)風(fēng)力差別較大，平潭島周邊和莆田沿海的海島站風(fēng)力和相近緯度的浮標(biāo)站-平潭氣象相差不大。

圖4 各代表站的小時(shí)最大風(fēng)平均值(右，單位：0.1m/s)、日極大風(fēng)≥8級(jí)(左上)和≥10級(jí)(左下)的概率(單位：%)，橫線為南、北部分界線

進(jìn)一步對(duì)比22個(gè)代表站小時(shí)最大風(fēng)速的平均值和5個(gè)(10%、25%、中位數(shù)、75%、90%)分位值(圖5，因篇幅有限，只畫出12個(gè)代表站)，所有代表站的平均值和中位數(shù)均未達(dá)到6級(jí)；大多數(shù)代表站的中位數(shù)小于平均值，說(shuō)明這些代表站多數(shù)時(shí)次的風(fēng)速小于平均值。北部地區(qū)2個(gè)浮標(biāo)站(58767、F0001)的平均值和5個(gè)分位值都是北部站點(diǎn)中最大的；南部站點(diǎn)的平均值和各分位值都明顯大于北部；南部的浮標(biāo)站平潭氣象(58951)的平均值、中位數(shù)和10%、25%、75%分位值都比其他站點(diǎn)大，其75%分位值達(dá)到7級(jí)；但90%分位值最大值出現(xiàn)在莆田秀嶼區(qū)東南部的鸕鶿島(F4325)。

說(shuō)明：橫坐標(biāo)為站號(hào)，星號(hào)為平均值，大方框的上、下邊界分別為75%和25%分位值，上面細(xì)方框的上邊界為90%分位值，下面細(xì)方框的下邊界為10%分位值，大方框內(nèi)短線為中位值

從日最大風(fēng)速的各分位值和平均值(圖6)看，大多數(shù)代表站的中位數(shù)小于平均值，說(shuō)明這些代表站多數(shù)日數(shù)的最大風(fēng)速小于多年平均值；全部浮標(biāo)站、南部的部分海島站和個(gè)別沿岸站(松下碼頭F1602)的中位數(shù)和平均值達(dá)到6級(jí)，南部的浮標(biāo)站、部分海島站和松下碼頭(F1602)90%分位值達(dá)到8級(jí)。北部地區(qū)2個(gè)浮標(biāo)站(58767、F0001)日最大風(fēng)速的平均值和5個(gè)分位值都是北部站點(diǎn)中最大的，南部站點(diǎn)的平均值和各分位值總體大于北部，浮標(biāo)站(58951)的平均值、中位數(shù)和10%、25%、75%分位值都比其他站點(diǎn)大，但其90%分位值不及南部少數(shù)海島站。鸕鶿島(F4325)的90%分位值是所有站點(diǎn)中最大的。

圖6 各代表站的日最大風(fēng)速

從小時(shí)極大風(fēng)速看(圖7)，所有代表站的中位數(shù)小于平均值，北部所有站的中位數(shù)和平均值均小于6級(jí)，南部的浮標(biāo)站和許多海島站的中位數(shù)和平均值達(dá)到6級(jí)。南部的浮標(biāo)站和許多海島站的75%和90%分位值分別達(dá)到7級(jí)和8級(jí)，北部的浮標(biāo)站和較遠(yuǎn)的海島站(東星島(F3522)同比要小1級(jí)。北部平均值和各分位值的最大值都在外海浮標(biāo)站(58767、F0001)，南部站點(diǎn)的平均值和各分位值都明顯大于北部，南部10%、25%分位值的最大值在浮標(biāo)站，而鸕鶿島(F4325)的平均值、中位數(shù)、75%、90%分位值都是所有站點(diǎn)中最大的。

圖7 各代表站的小時(shí)極大風(fēng)速分布

從日極大風(fēng)速(圖8)看，北部所有站的平均值均小于7級(jí)，南部許多站點(diǎn)平均值達(dá)到7級(jí)，大多數(shù)代表站的中位數(shù)小于平均值，南部許多海島站90%分位值達(dá)到9級(jí)，北部同比要小1級(jí)。北部平均值和各分位值的最大值都在外海浮標(biāo)站(58767、F0001)，南部許多海島站的平均值和各分位值都超過(guò)浮標(biāo)站(58951)。

圖8 各代表站的日極大風(fēng)速分布

5 大風(fēng)日數(shù)分布

5.1 大風(fēng)日數(shù)的空間分布

日極大風(fēng)≥8級(jí)和≥10級(jí)的大風(fēng)日數(shù)概率也都呈現(xiàn)南大北小的分布(見(jiàn)圖4)，南部沿海的大風(fēng)日數(shù)概率明顯大于北部沿海。東西向比較，北部地區(qū)≥8級(jí)的大風(fēng)日數(shù)概率外海的浮標(biāo)站最大，為17%～20%；東星島為16.4%，A類站、B類站和靠近大陸的海島站概率都在12%以內(nèi)；南部沿?！?級(jí)的大風(fēng)日數(shù)明顯多于北部沿海，多數(shù)站點(diǎn)都超過(guò)20%，浮標(biāo)站、多數(shù)海島站超過(guò)30%，最大為鸕鶿島的43.3%。而≥10級(jí)大風(fēng)日數(shù)概率，南、北兩個(gè)地區(qū)大值區(qū)都不在離大陸最遠(yuǎn)的浮標(biāo)站，而是位于海島站。北部?jī)蓚€(gè)浮標(biāo)站僅1%左右，南部浮標(biāo)站平潭氣象也只有1.8%。大值區(qū)出現(xiàn)在莆田東南部的海島，常年盛行的東北風(fēng)在臺(tái)灣海峽和海壇海峽的狹管效應(yīng)影響下風(fēng)力明顯增大，最大為鸕鶿島，有6.1%的日數(shù)出現(xiàn)≥10級(jí)大風(fēng)；北部地區(qū)最大為崳山鎮(zhèn)的1.5%，A類站、B類站都在1%以內(nèi)。

5.2 大風(fēng)日數(shù)的月分布

全部代表站日極大風(fēng)≥8級(jí)和≥10級(jí)的大風(fēng)頻數(shù)月分布(圖9)都呈雙峰型分布，4～6月都是低谷階段，其中5月都是最小月份；不同的是，≥8級(jí)大風(fēng)頻數(shù)的高值階段處于10～2月，其中12月最大，10月次之；≥10級(jí)大風(fēng)頻數(shù)的高值階段在下半年，9月最大，7月其次。

(a) (b)

圖10為各代表站各月日極大風(fēng)≥8級(jí)和≥10級(jí)的大風(fēng)日數(shù)概率的簡(jiǎn)易柱狀圖，圖中橫坐標(biāo)均為月份。南部全部代表站、北部C類站、D類站和部分A類、B類站全年都有≥8級(jí)大風(fēng)，這些站10月～次年2月多數(shù)比春、夏季有更高的概率；北部A類站和部分B類站≥8級(jí)的大風(fēng)主要集中在夏季。多數(shù)站≥10級(jí)大風(fēng)集中于7～10月；部分C類站多數(shù)月份都有≥10級(jí)大風(fēng)，但北部C類站冬半年出現(xiàn)≥10級(jí)大風(fēng)概率也小于7～10月，南部部分C類站冬季≥10級(jí)大風(fēng)概率比7～10月更高，冷空氣易在此處產(chǎn)生猛烈大風(fēng)，單月≥10級(jí)頻數(shù)最高的是12月鸕鶿島，有20%日數(shù)出現(xiàn)≥10級(jí)大風(fēng)。

圖10 各代表站各月日極大風(fēng)≥8級(jí)和≥10級(jí)的大風(fēng)日數(shù)概率

6 結(jié)論

①福建中北部沿海全年統(tǒng)計(jì)盛行風(fēng)向以東北風(fēng)為主，其次為西南風(fēng)。風(fēng)速上也是東北風(fēng)最大，西南風(fēng)次之，但各風(fēng)向的風(fēng)速比值遠(yuǎn)小于概率比值。6～8月的盛行風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，其余月份都為東北風(fēng)。

②風(fēng)速的南北向?qū)Ρ?，時(shí)最大風(fēng)速、日最大風(fēng)速、時(shí)極大風(fēng)速、日極大風(fēng)速的平均值和5個(gè)分位值全部呈現(xiàn)南大北小的分布特征，長(zhǎng)樂(lè)南部到莆田一帶沿海的風(fēng)力明顯大于福鼎到長(zhǎng)樂(lè)中部沿海的風(fēng)力。東西向?qū)Ρ?，北部沿海的上述風(fēng)速特征值都呈現(xiàn)東大西小的分布。南部沿海時(shí)最大風(fēng)速、日最大風(fēng)速的多數(shù)特征值也呈現(xiàn)東大西小的分布，但90%分位值少數(shù)海島站大于浮標(biāo)站；小時(shí)極大風(fēng)速、日極大風(fēng)速依次有更多特征值海島站大于浮標(biāo)站。

③日極大風(fēng)≥8級(jí)和≥10級(jí)的大風(fēng)日數(shù)概率也都呈現(xiàn)南大北小的分布；東西向比較，北部地區(qū)≥8級(jí)的大風(fēng)日數(shù)外海的浮標(biāo)站最多，南部少數(shù)海島站≥8級(jí)的大風(fēng)日數(shù)多于浮標(biāo)站；≥10級(jí)大風(fēng)日數(shù)概率，南、北兩個(gè)地區(qū)大值區(qū)都在海島站。

④日極大風(fēng)≥8級(jí)和≥10級(jí)的大風(fēng)頻數(shù)都呈雙峰型分布，4～6月都是低谷階段；≥8級(jí)大風(fēng)多發(fā)于10月～次年2月，其中12月最多，10月次之；≥10級(jí)大風(fēng)主要在下半年，9月最多，7月次之。南部全部代表站、北部C類站、D類站和部分B類站全年都有≥8級(jí)大風(fēng)，10月～次年2月的頻數(shù)比春、夏季更大；北部A類站和部分B類≥8級(jí)的大風(fēng)主要集中在夏季。多數(shù)站≥10級(jí)大風(fēng)集中于7～10月；部分C類站多數(shù)月份都有≥10級(jí)大風(fēng)，但北部C類站冬半年的頻數(shù)也小于7～10月，南部部分C類站冬季頻數(shù)比7～10月更大。