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        基于區(qū)域自動站資料探討石家莊地區(qū)大風(fēng)特征

        2024-10-21 00:00:00李寧瑞蔡潤生吳雪彤
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2024年7期

        摘 要:選用石家莊市2017—2021年國家站及區(qū)域自動站正點(diǎn)10 min平均風(fēng)向風(fēng)速及極大風(fēng)向風(fēng)速資料,按照常規(guī)統(tǒng)計方法,通過風(fēng)玫瑰圖、大風(fēng)日數(shù)及空間分布、月季變化、日變化、大風(fēng)持續(xù)時間、大風(fēng)極值、天氣過程分類對國家站、區(qū)域站大風(fēng)特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明:(1)區(qū)域站數(shù)據(jù)可以作為國家站數(shù)據(jù)的有效補(bǔ)充。(2)石家莊大風(fēng)出現(xiàn)的總體規(guī)律是西部地區(qū)多于其他地區(qū),山區(qū)多于平原,同時具有很強(qiáng)局地性特征。(3)各地大風(fēng)日季節(jié)變化特征為春季多,初秋少。大風(fēng)日變化顯著,白天出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)明顯多于夜間,下午出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)明顯多于上午。(4)在偏北大風(fēng)天氣過程中,中西部縣(市)區(qū)域站大風(fēng)持續(xù)時間>5 h;中東部縣市區(qū)域站大風(fēng)持續(xù)時間均<5 h。從西部開始到全區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)經(jīng)過3~4 h,夏季雷雨大風(fēng)從西北縣(市)開始發(fā)展到全區(qū)經(jīng)過1~2 h。

        關(guān)鍵詞:區(qū)域自動站;大風(fēng)特征;大風(fēng)日數(shù)

        中圖分類號:P457.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:2095–3305(2024)07–0-03

        石家莊市西處太行山中段東麓,東為滹沱河沖積平原,跨太行山地和華北平原兩大地貌單元;地勢西北高東南低,海拔差距大,地貌復(fù)雜。大風(fēng)是石家莊市主要災(zāi)害性天氣之一,一年四季均有發(fā)生。受大陸vMXNf2X4czyA0+X+Sw12e4QPNvQsl2BD1fslizXdVUk=性季風(fēng)氣候影響,石家莊大風(fēng)主要分為4種類型:一是雷雨大風(fēng),主要出現(xiàn)在4月下旬至10月,以6、7月為主;二是寒潮大風(fēng),多出現(xiàn)在秋末至冬春季;三是偏南大風(fēng),主要發(fā)生在春季及夏季初期,且多出現(xiàn)于午后;四是偏東大風(fēng),主要發(fā)生在春、秋季。

        隨著現(xiàn)代氣象科技的發(fā)展,地面氣象觀測網(wǎng)的范圍越來越大。石家莊地區(qū)共有17個國家級自動氣象站,297個區(qū)域自動站。其中,四要素氣象站97套,六要素氣象站25套,海拔>1 000 m的自動站5個,海拔>500 m的自動站14個,海拔>200 m的自動站29個。

        地面自動氣象站資料具有空間分辨率高、時間間隔短的特點(diǎn),一直是氣象部門日常觀測的重要資料之一,也是為數(shù)值天氣預(yù)報提供更精確初始場的重要資料來源[1-2]。當(dāng)前,部分區(qū)域站數(shù)據(jù)多用于氣溫和降水量的研究,而用于大風(fēng)上的研究利用率較低,適用性不明確?;诖?,通過分析石家莊地區(qū)17個國家自動氣象站及122個區(qū)域自動氣象站風(fēng)的觀測資料,探討區(qū)域自動氣象站風(fēng)數(shù)據(jù)適用性、大風(fēng)天氣特征及發(fā)生發(fā)展規(guī)律,得出大風(fēng)時空分布特征,確定大風(fēng)易發(fā)點(diǎn),為做好氣象預(yù)報精細(xì)化服務(wù)工作、加強(qiáng)大風(fēng)預(yù)報和預(yù)警監(jiān)測、增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)能力作出貢獻(xiàn)。

        1 資料與方法

        1.1 資料

        選用石家莊市2017—2021年國家自動氣象站(以下簡稱國家站)及區(qū)域自動站正點(diǎn)10 min平均風(fēng)向風(fēng)速及極大風(fēng)向風(fēng)速資料進(jìn)行分析,當(dāng)10 min平均風(fēng)速≥10.8 m/s或極大風(fēng)速≥13.9 m/s時,定義為大風(fēng)日[3]。

        此外,對相關(guān)時間段進(jìn)行統(tǒng)一:春季為3—5月,夏季為6—8月,秋季為9—11月,冬季為12—翌年2月;上午為08:00~14:00,下午為14:00~20:00,前半夜為20:00~翌日02:00,后半夜為02:00~08:00[4-5]。

        1.2 方法

        首先,對大風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控,根據(jù)10 min平均風(fēng)速值及極大風(fēng)風(fēng)速值判斷數(shù)據(jù)是否合理。

        其次,根據(jù)大風(fēng)發(fā)生前該站點(diǎn)風(fēng)速的變化趨勢,或周圍站點(diǎn)風(fēng)速情況,判別大風(fēng)發(fā)生時刻是否為突變值。

        再次,通過以上2方面排除異常值,篩選因儀器故障而產(chǎn)生的大風(fēng)數(shù)據(jù),確定最終真實(shí)、可靠的大風(fēng)數(shù)據(jù),選出大風(fēng)天氣過程[6]。

        最后,按照常規(guī)統(tǒng)計方法,通過風(fēng)玫瑰圖、大風(fēng)日數(shù)及空間分布、月季變化、日變化、大風(fēng)持續(xù)時間、大風(fēng)極值、天氣過程分類研究石家莊市近5年國家站、區(qū)域站大風(fēng)特征。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 風(fēng)玫瑰圖對比分析

        根據(jù)各國家級地面氣象觀測站和部分區(qū)域自動站14:00大風(fēng)數(shù)據(jù)(圖1),石家莊站與鹿泉韓莊站的主導(dǎo)風(fēng)的風(fēng)向均為東南,且風(fēng)頻差均<3次;晉州站與晉州前屯站主導(dǎo)風(fēng)的風(fēng)向均為南,且大多方向風(fēng)頻差均<3次,只有東南方向風(fēng)頻差為4次;贊皇站與贊皇嶺根底站主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向均為東南,且風(fēng)頻差均<3次;井陘站與井陘竇王嶺站主導(dǎo)風(fēng)的風(fēng)向均為東南,但東、西兩方位風(fēng)頻差>10次。新樂站與新樂莊稼的主導(dǎo)風(fēng)向均為南且風(fēng)頻差均<3。

        通過對國家站與區(qū)域站風(fēng)玫瑰圖對比,其主導(dǎo)風(fēng)向基本一致;個別方向風(fēng)頻有所差別,差距小的為2~3次,差距大的為10次左右;石家莊市東部縣(市)下午主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng),而中西部主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向?yàn)闁|南。

        2.2 大風(fēng)日數(shù)及其空間分布

        從各國家站大風(fēng)日日數(shù)得出,年均大風(fēng)日日數(shù)>20次的有6個站,贊皇縣每年出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)最多,為45.4次;東部縣(市)及城中(藁城市、欒城區(qū)、正定縣)出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)少,年均<10次,其中藁城市出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)最少,為4.8次。

        從各區(qū)域站大風(fēng)日數(shù)可見,年均大風(fēng)日日數(shù)>20次的分布在贊皇縣、井陘縣、行唐縣、鹿泉區(qū)、高邑縣和元氏縣西部,贊皇嶺根底每年出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)最多,為45.2次。贊皇南部、贊皇與井陘交界處、井陘與鹿泉交界處、元氏西部、平山西部、行唐與靈壽交界處為大風(fēng)多發(fā)區(qū)。

        2.3 大風(fēng)的月、季變化

        石家莊地區(qū)全年四季均有大風(fēng)出現(xiàn),春季大風(fēng)日日數(shù)最多,占全年日數(shù)的34.8%~42.5%,峰值在5月,其次是11月,再次是7月(多為雷雨大風(fēng))。而2—3月,6月、8—10月大風(fēng)日日數(shù)最少,月大風(fēng)次數(shù)<2次。

        2月開始,春季冷暖氣團(tuán)交替活動頻繁,冷鋒活動和氣旋生成最多,且由于大陸回暖快使得進(jìn)入黃海、日本海的大陸高壓變性加強(qiáng),當(dāng)石家莊地區(qū)存在低壓或是地形槽發(fā)展加深時,常產(chǎn)生大風(fēng)天氣,且大風(fēng)日日數(shù)呈上升趨勢;5月處于春夏交替時節(jié),極易出現(xiàn)對流天氣,雙重影響下導(dǎo)致5月出現(xiàn)大風(fēng)日日數(shù)最多。6—8月,石家莊地區(qū)盛行偏南風(fēng),地面氣壓梯度小,風(fēng)速不大,受氣旋、臺風(fēng)及雷暴等強(qiáng)風(fēng)天氣系統(tǒng)影響產(chǎn)生大風(fēng)天氣;10月以后,冷空氣勢力加強(qiáng),冷鋒過境和寒潮暴發(fā)造成大風(fēng)天氣,且大風(fēng)日日數(shù)開始增加,11月處于冷暖交替、季節(jié)轉(zhuǎn)換時期,易出現(xiàn)大風(fēng)。

        2.4 大風(fēng)的日變化

        如表1所示,上午出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)占全天的18.2%

        ~30.8%,下午出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)占全天的48.5%~59.1%,前半夜出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)占全天的13.6%~20.8%,后半夜出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)占全天的4.5%~12.9%。綜上所述,大風(fēng)日變化顯著,白天出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)明顯高于夜間,下午出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)明顯高于上午。

        2.5 大風(fēng)的持續(xù)時間

        以石家莊地區(qū)2018年1月7—8日偏北大風(fēng)天氣過程為例,世界時12:00起,贊皇嶂石巖觀測站觀測到大風(fēng),16:00左右,西部縣(市)觀測站觀測到大風(fēng),18:00~19:00,全區(qū)站點(diǎn)均觀測到大風(fēng)天氣(表2)。

        此次過程石家莊地區(qū)西部縣(市)觀測站極大風(fēng)速一直持續(xù)在7級以上,持續(xù)時間超過5 h;而中東部縣市區(qū)域站大風(fēng)持續(xù)時間均不足5 h;此次過程從西部開始到全區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)歷時3~4 h。

        以石家莊地區(qū)2020年8月1日雷雨大風(fēng)天氣過程為例,北京時間19:00,井陘、平山、靈壽、行唐4個縣(市)區(qū)域站開始監(jiān)測到大風(fēng),平山秋卜洞站極大風(fēng)速24.6 m/s。21:00,全區(qū)出現(xiàn)大風(fēng),晉州前屯站極大風(fēng)速20.8 m/s;此次雷雨大風(fēng)過程從西北縣(市)開始發(fā)展到全區(qū),大約歷時2 h(表3)。

        綜上,在偏北大風(fēng)天氣過程中,中西部縣(市)區(qū)域站出現(xiàn)大風(fēng)持續(xù)時間>5 h;而中東部縣市區(qū)域站大風(fēng)持續(xù)時間均<5 h。偏北大風(fēng)過程從西部開始發(fā)展到全區(qū)經(jīng)過3~4 h。

        在雷雨大風(fēng)過程中,從西北縣(市)開始發(fā)展到全區(qū),經(jīng)過2 h。在春夏交替或夏季午后對流天氣發(fā)生時,若監(jiān)測到上游縣(市)出現(xiàn)大風(fēng),結(jié)合雷達(dá)可提早指導(dǎo)縣(市)局提前發(fā)布預(yù)警信號。

        2.6 大風(fēng)的極值

        >10級以上的大風(fēng)大多分布石家莊地區(qū)的西部、南部,而鹿泉以東縣(市)觀測站極大風(fēng)速均<8級;>8級以上大風(fēng)天氣大多為對流影響;贊皇嶺根底、井陘竇王嶺、平山合河口均出現(xiàn)過>30 m/s的大風(fēng)天氣,這與其地理位置、海拔有很大關(guān)系。

        2.7 大風(fēng)天氣過程分類

        石家莊地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣多為偏北風(fēng)和對流雷雨大風(fēng),偏北風(fēng)出現(xiàn)頻率為33.3%~63.6%,雷雨大風(fēng)出現(xiàn)頻率為27.2%~55.6%,而偏南大風(fēng)出現(xiàn)頻率僅為9.1%~14.2%,偏南風(fēng)很少會造成大風(fēng)天氣。同時,石家莊地區(qū)易受強(qiáng)對流天氣影響,所造成的雷雨大風(fēng)具有局地性強(qiáng)、持續(xù)時間短、極值大等特點(diǎn),因此,在夏季要加強(qiáng)對強(qiáng)對流天氣雷雨大風(fēng)的監(jiān)測[7-8]。

        2.8 大風(fēng)易發(fā)點(diǎn)

        通過對石家莊地區(qū)2017—2021年國家站及區(qū)域站大風(fēng)日數(shù)及空間分布、月季變化、日變化、大風(fēng)持續(xù)時間、大風(fēng)極值、天氣過程分類分析,確定8個大風(fēng)易發(fā)點(diǎn)(圖2)。

        3 結(jié)論

        (1)2017—2021年間國家站出現(xiàn)139次大風(fēng)天氣過程,區(qū)域站出現(xiàn)273次;大部分測站的年平均大風(fēng)次數(shù)在3~5 d,其中贊皇、井陘、行唐、鹿泉、高邑、元氏年平均大風(fēng)日數(shù)>20 d,贊皇年平均大風(fēng)日數(shù)最多為45.4 d,且大風(fēng)過程持續(xù)時間較長,與之對應(yīng)的風(fēng)速較大。

        石家莊地區(qū)大風(fēng)出現(xiàn)的總體規(guī)律是西部地區(qū)多于其他地區(qū),山區(qū)多于平原,且贊皇竇家寨(41 d)、嶺根底(45.2 d)、嶂石巖(39.6 d),井陘竇王嶺(27.4 d)、上水庫(21.8 d),鹿泉韓莊(21.6 d),靈壽五岳寨(15.6 d),行唐張家莊(24 d)等站點(diǎn)為大風(fēng)易發(fā)區(qū),同時具有很強(qiáng)的局地性特征。

        (3)各地大風(fēng)日季節(jié)變化為春季多,初秋少,春季大風(fēng)日數(shù)占全年的34.8%~42.5%,且5月大風(fēng)日最多,9月大風(fēng)日最少。大風(fēng)日變化顯著,白天出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)明顯多于夜間,下午出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)明顯多于上午。

        (4)在偏北大風(fēng)天氣過程中,中西部縣(市)區(qū)域站大風(fēng)持續(xù)時間>5 h;中東部縣(市)區(qū)域站大風(fēng)持續(xù)時間均<5 h。從西部開始到全區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)大約經(jīng)過3~4 h,夏季雷雨大風(fēng)從西北縣(市)開始發(fā)展到全區(qū)大約經(jīng)過1~2 h。

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