計桂平,陳鮑發(fā),馬中元

(1.景德鎮(zhèn)市氣象局,景德鎮(zhèn) 333000;2.江西省氣象科學研究所,南昌 330096)

0 引言

中國的風力資源非常豐富,同時也是世界上開發(fā)利用風力資源最早的國家[1]。風電產業(yè)開發(fā)是清潔能源經營中的新課題,前途廣闊,潛力無窮,既可以提供充足的電力,又不增加環(huán)境的壓力,同時還具有十分可觀的開發(fā)價值。開發(fā)風力資源有助于發(fā)展經濟,對風力資源的研究應結合近幾年的研究成果[2-3]。宋婧[4]提出基于風力資源分布的中國風電規(guī)劃的研究方法,并對比了風能資源豐富地區(qū)和風能資源一般區(qū)域。高文元等[5]設計威布爾分布參數研究了中國風力資源的分布。彭祥榮等[6-11]分析了民勤縣、溫州、博州、康平、湖南城步南山、上海崇明島的風力資源。朱偉強[12]分析了福建省沿海風速時空分布、風向頻率特點。王新堂等[13]根據鐵塔30 a風速氣象觀測資料分析了即墨風電場的風力資源狀況。關于江西風力資源研究的成果較少。文章將利用景德鎮(zhèn)市多年的風力氣象觀測數據分析風力資源的分布及氣候變化特點,為景德鎮(zhèn)市風能的有效利用和城市規(guī)劃提供參考依據。

1 資料來源

文章采用江西省景德鎮(zhèn)市國家基本氣象站(站號58527)1954—2022年觀測的風向、風速數據,浮梁縣國家基本氣象站(站號58524)、樂平市國家基本氣象站(站號58620)及景德鎮(zhèn)市域內有風向、風速觀測的38個區(qū)域自動氣象站2010—2022年風觀測資料。

2 景德鎮(zhèn)市風力資源的分布

風力是評價風力資源最直接的指標。由于風的觀測項目有平均風和極大風,因此文章采用日平均風、日極大風來評估各地的風力資源。

2.1 平均風力的分布

對2010—2022年景德鎮(zhèn)市各站點逐日平均風風速進行分析,由各站點的平均風速值可知,景德鎮(zhèn)境內平均風速多在1.0～2.0 m/s,只有塔山工業(yè)園(站號:J3016)、園區(qū)南(站號:J3068)超過了2 m/s,最大平均風速在園區(qū)南(2.6 m/s)。定義平均風速在1.5 m/s以上的地區(qū)為風力資源較優(yōu)區(qū),則樂平市塔山工業(yè)園區(qū)(站號:J3016)、樂平市區(qū)(站號:58620)、浮梁縣城區(qū)(站號:58524)、眾埠(站號:J3060)、百樂(站號:J3009)、麗陽(站號:J3037)為景德鎮(zhèn)風力資源優(yōu)越區(qū)。浮梁誥峰村(站號:J3023)、興田鄉(xiāng)(站號:J3027)的平均風速僅為0.5 m/s,為風力資源偏差區(qū)。

2.2 平均極大風

對2010—2022年景德鎮(zhèn)市各站點逐日極大風風速進行平均,得到各站點日平均極大風速。日平均極大風速在7 m/s或以上的有3個站,分別為園區(qū)南、塔山工業(yè)園和眾埠;日平均極大風速在6.0～7.0 m/s的有16站,其中浮梁縣城區(qū)為6.9 m/s,百樂、麗陽分別為6.4 m/s和6.5 m/s;日平均極大風速在5.0～6.0 m/s的有15站;在5 m/s以下的有4站,其中浮梁誥峰村(4.6 m/s)和興田鄉(xiāng)(4.2 m/s)日平均極大風速最小。

由此可見,樂平市塔山工業(yè)園區(qū)、樂平市區(qū)、浮梁縣城區(qū)、眾埠日平均風速、日平均極大風速均為最大,是景德鎮(zhèn)風力資源最優(yōu)區(qū),而浮梁誥峰村、興田鄉(xiāng)為風力資源最差區(qū)域。從平均風與平均極大風的對比分布看,百樂、麗陽平均風速較優(yōu),但極大風弱于蓮花塘(站號:J3018)、園區(qū)東(站號:J3066)和呂蒙鄉(xiāng)(站號:J3047),與鵝湖鎮(zhèn)桃?guī)X村(站號:J3028)、三龍鄉(xiāng)(站號:J3024)、樂平城區(qū)(站號:J3042)和景德鎮(zhèn)市區(qū)(站號:58527)也接近,即這些地區(qū)均為景德鎮(zhèn)風力資源較優(yōu)區(qū)。

3 景德鎮(zhèn)市6級以上極大風分布特點及雷達回波影響系統(tǒng)

3.1 2016—2022年各站6～10級大風日數

6級以上大風會對居民生活產生影響,而8級以上大風為災害性天氣,極易造成人員傷亡與財產損失。2016年以來,有風力觀測的各區(qū)域站運行狀態(tài)較好,因此采用2016—2022年景德鎮(zhèn)各氣象觀測站點風觀測資料來分析6級以上不同級別的大風分布情況。分析可知,景德鎮(zhèn)市絕大部分地區(qū)均有可能出現(xiàn)8級以上大風,只有月亮湖、園區(qū)西極大風速為17.1 m/s,接近8級(17.2 m/s)。

從10級大風看,蓮花塘出現(xiàn)6 d 10級大風天氣,最大風速為50.8 m/s;其次是樂平市國家站,出現(xiàn)4 d,最大風速為27.5 m/s;景德鎮(zhèn)國家站、民兵水庫、眾埠均出現(xiàn)2 d,極大風速分別為26.9、29.3和31.1 m/s。

從9級大風看,蓮花塘、眾埠蔬菜、樂平、呂蒙鄉(xiāng)、塔山工業(yè)園、景德鎮(zhèn)、百樂村分別出現(xiàn)了14、11、8、8、5、4和4 d,有11個站未出現(xiàn)過9級大風。

從8級大風看,蓮花塘、眾埠、樂平、呂蒙鄉(xiāng)、塔山工業(yè)園分別出現(xiàn)46、40、22、22和20 d。

從7級大風看,蓮花塘、眾埠、塔山工業(yè)園、西湖鄉(xiāng)、浮梁、樂平、呂蒙鄉(xiāng)、蛟潭鎮(zhèn)分別出現(xiàn)135、96、60、60、59、58、54和51 d。

從6級大風看,蓮花塘、浮梁、眾埠、塔山工業(yè)園、樂平分別出現(xiàn)350、237、228、214和203 d。

3.2 2016—2022年景德鎮(zhèn)市域內8級以上大風站數

為了解各年度大風的分布情況,對2016—2022年景德鎮(zhèn)市域內出現(xiàn)8級以上大風站數進行統(tǒng)計(表1)?？梢钥吹?近7 a以來景德鎮(zhèn)8級以上大風站數以2018年最多,達28站,且12級以上大風有4站;2021年次之(23站),且有2站出現(xiàn)12級以上大風;2020年最少,僅有9站出現(xiàn)8級以上大風。10級以上大風每年都會出現(xiàn)至少1次,而11和12級大風在2016,2019和2020年均未出現(xiàn),未出現(xiàn)年份占比3/7。8級大風平均每年有19站,9級大風平均每年有9站,10級大風平均每年有4站。

表1 2016—2022年景德鎮(zhèn)市域內出現(xiàn)8級以上大風站數

3.3 造成景德鎮(zhèn)市極端大風的雷達回波影響系統(tǒng)

大風可分為雷暴大風、冷空氣大風、偏南大風、臺風等,對景德鎮(zhèn)市各站點6～10級極端大風的雷達回波進行分析,并對照當時的天氣形勢,得到表2。由表2可知,景德鎮(zhèn)市極端大風主要分為雷暴大風和冷空氣大風,雷暴大風的回波影響系統(tǒng)有颮線、超單體、強單體、強回波短帶、帶上超級單體等,以颮線居多,其次是回波短帶、超級單體,可以發(fā)現(xiàn)帶狀強回波是景德鎮(zhèn)市極端大風最主要的回波系統(tǒng)。

表2 景德鎮(zhèn)市極端大風雷達回波影響系統(tǒng)

研究景德鎮(zhèn)市極端雷暴大風的典型雷達回波,2018-03-04T16:40一條尺度很大的西北—東南向的颮線自西向東影響景德鎮(zhèn)市,颮線的寬度、長度均很大,并向東北方向拱起,帶上強回波中心強度多為50～55 dBZ,該颮線造成多地出現(xiàn)極端性大風天氣,全市有18個站的極大風出現(xiàn)在這個過程中。2018-08-25T15:50一條南北向的強回波短帶影響樂平南部,短帶強回波中心強度為60～65 dBZ,塔山工業(yè)園區(qū)出現(xiàn)極大風(風速19.7 m/s)。2021-03-31T05:20,有一條東北—西南向的帶狀回波影響景德鎮(zhèn)市,回波帶上西南角有一超級單體,強回波中心強度達65～70 dBZ,月亮湖極大風風速達17.1 m/s。2021-05-15T19:30,市區(qū)附近有一超級單體,強回波中心強度達65～70 dBZ,且有較大面積60～65 dBZ的強回波,伴有向東北方向伸展的弱回波區(qū),市區(qū)出現(xiàn)極大風(風速26.9 m/s)。

由此可見,景德鎮(zhèn)市絕大部分地區(qū)都可能出現(xiàn)8級以上大風,最強可達12級以上,2016年以來每年都有站點出現(xiàn)10級或以上大風,以2018年大風的強度、頻率最高。景德鎮(zhèn)極端大風主要有雷暴大風與冷空氣大風,颮線是最主要的雷達回波影響系統(tǒng)。

4 景德鎮(zhèn)市風力資源的氣候變化

以景德鎮(zhèn)國家站1954—2022的平均風速、8級以上大風日數的變化來研究景德鎮(zhèn)市風力資源的氣候變化。

4.1 景德鎮(zhèn)市國家站1954—2022年年平均風速

圖1是景德鎮(zhèn)市國家站1954—2022年歷年年平均風速,可以看到1954—1956年平均風速僅有1.2 m/s;1958—1994年,處于穩(wěn)定高位,基本在2 m/s附近或之上,1959和1992年年平均風速最大(2.4 m/s);1994年之后迅速下降,2000—2020年降至1.0 m/s附近,處于穩(wěn)定低位;2021—2022年明顯上升,達2 m/s以上,其中2022年達 2.5 m/s,為歷年最大。

圖1 景德鎮(zhèn)市國家站1954—2022年歷年年平均風速

4.2 景德鎮(zhèn)市國家站1954—2022年大風日數

圖2為景德鎮(zhèn)市國家站1954—2022年歷年8級以上大風日數,最多可達9 d,出現(xiàn)在1987和2021年,而1954,1962,1997,2001,2003,2012,2013,2019和2020年為0 d。從變化趨勢看,1993—2020年為歷史低位,28 a平均大風日數僅有1.3 d,最多的僅為3 d,有7 a為0 d。而1958—1992年為相對高峰期。

圖2 景德鎮(zhèn)市國家站1954—2022年歷年8級以上大風日數

由此可見,景德鎮(zhèn)市1954年以來風力有明顯的階段性變化,1958—1994年風力資源穩(wěn)定較好,年平均風力在2.0 m/s附近或以上,大風日數平均在3 d以上;1994年之后,年平均風力明顯下降,2000—2020年為歷史低位期,平均風力在1.0 m/s附近,大風日數平均在1 d左右。2021和2022年風力明顯上升,其中2022年年平均風速達2.5 m/s,為歷年最大。

5 結束語

文章通過分析景德鎮(zhèn)市1954—2022年風力資源分布得到以下結論:

1)樂平市塔山工業(yè)園區(qū)、樂平市區(qū)、浮梁縣城區(qū)和眾埠為景德鎮(zhèn)風力資源最優(yōu)區(qū);浮梁誥峰村和興田鄉(xiāng)為景德鎮(zhèn)風力資源最差區(qū)域;百樂、麗陽、蓮花塘、園區(qū)東、呂蒙鄉(xiāng),以及鵝湖鎮(zhèn)桃?guī)X村、三龍鄉(xiāng)、樂平城區(qū)、景德鎮(zhèn)市區(qū)均為景德鎮(zhèn)風力資源較優(yōu)區(qū)。

2)景德鎮(zhèn)市絕大部分地區(qū)都可能出現(xiàn)8級以上大風,最強可超過12級。2016年以來每年都有10級或以上大風出現(xiàn),以2018年大風的強度、頻率最高。極端大風主要有雷暴大風與冷空氣大風,颮線是最主要的雷達回波影響系統(tǒng)。

3)景德鎮(zhèn)市1954年以來風力有明顯的階段性變化,1958—1994年風力資源穩(wěn)定較好,2000—2020年為歷史低位期,2021和2022年風力明顯上升,特別是2022年年平均風速達2.5 m/s,為歷年最大。