摘 要:選用石家莊市2017—2021年國家站及區(qū)域自動站正點10 min平均風向風速及極大風向風速資料,按照常規(guī)統(tǒng)計方法,通過風玫瑰圖、大風日數(shù)及空間分布、月季變化、日變化、大風持續(xù)時間、大風極值、天氣過程分類對國家站、區(qū)域站大風特征進行分析。結果表明:(1)區(qū)域站數(shù)據(jù)可以作為國家站數(shù)據(jù)的有效補充。(2)石家莊大風出現(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,同時具有很強局地性特征。(3)各地大風日季節(jié)變化特征為春季多,初秋少。大風日變化顯著,白天出現(xiàn)大風次數(shù)明顯多于夜間,下午出現(xiàn)大風次數(shù)明顯多于上午。(4)在偏北大風天氣過程中,中西部縣(市)區(qū)域站大風持續(xù)時間>5 h;中東部縣市區(qū)域站大風持續(xù)時間均<5 h。從西部開始到全區(qū)出現(xiàn)大風經過3~4 h,夏季雷雨大風從西北縣(市)開始發(fā)展到全區(qū)經過1~2 h。
關鍵詞:區(qū)域自動站;大風特征;大風日數(shù)
中圖分類號:P457.5 文獻標志碼: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,地貌復雜。大風是石家莊市主要災害性天氣之一,一年四季均有發(fā)生。受大陸vMXNf2X4czyA0+X+Sw12e4QPNvQsl2BD1fslizXdVUk=性季風氣候影響,石家莊大風主要分為4種類型:一是雷雨大風,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,多出現(xiàn)在秋末至冬春季;三是偏南大風,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,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,一直是氣象部門日常觀測的重要資料之一,也是為數(shù)值天氣預報提供更精確初始場的重要資料來源[1-2]。當前,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)域自動氣象站風的觀測資料,探討區(qū)域自動氣象站風數(shù)據(jù)適用性、大風天氣特征及發(fā)生發(fā)展規(guī)律,得出大風時空分布特征,確定大風易發(fā)點,為做好氣象預報精細化服務工作、加強大風預報和預警監(jiān)測、增強防災減災能力作出貢獻。
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10 min平均風向風速及極大風向風速資料進行分析,當10 min平均風速≥10.8 m/s或極大風速≥13.9 m/s時,定義為大風日[3]。
此外,對相關時間段進行統(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,對大風數(shù)據(jù)進行質控,根據(jù)10 min平均風速值及極大風風速值判斷數(shù)據(jù)是否合理。
其次,根據(jù)大風發(fā)生前該站點風速的變化趨勢,或周圍站點風速情況,判別大風發(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生的大風數(shù)據(jù),確定最終真實、可靠的大風數(shù)據(jù),選出大風天氣過程[6]。
最后,按照常規(guī)統(tǒng)計方法,通過風玫瑰圖、大風日數(shù)及空間分布、月季變化、日變化、大風持續(xù)時間、大風極值、天氣過程分類研究石家莊市近5年國家站、區(qū)域站大風特征。
2 結果與分析
2.1 風玫瑰圖對比分析
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大風數(shù)據(jù)(圖1),石家莊站與鹿泉韓莊站的主導風的風向均為東南,且風頻差均<3次;晉州站與晉州前屯站主導風的風向均為南,且大多方向風頻差均<3次,只有東南方向風頻差為4次;贊皇站與贊皇嶺根底站主導風風向均為東南,且風頻差均<3次;井陘站與井陘竇王嶺站主導風的風向均為東南,但東、西兩方位風頻差>10次。新樂站與新樂莊稼的主導風向均為南且風頻差均<3。
通過對國家站與區(qū)域站風玫瑰圖對比,其主導風向基本一致;個別方向風頻有所差別,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)下午主導風風向為南風,而中西部主導風風向為東南。
2.2 大風日數(shù)及其空間分布
從各國家站大風日日數(shù)得出,年均大風日日數(shù)>20次的有6個站,贊皇縣每年出現(xiàn)大風次數(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)大風次數(shù)少,年均<10次,其中藁城市出現(xiàn)大風次數(shù)最少,為4.8次。
從各區(qū)域站大風日數(shù)可見,年均大風日日數(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多發(fā)區(qū)。
2.3 大風的月、季變化
石家莊地區(qū)全年四季均有大風出現(xiàn),春季大風日日數(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)。而2—3月,6月、8—10月大風日日數(shù)最少,月大風次數(shù)<2次。
2月開始,春季冷暖氣團交替活動頻繁,冷鋒活動和氣旋生成最多,且由于大陸回暖快使得進入黃海、日本海的大陸高壓變性加強,當石家莊地區(qū)存在低壓或是地形槽發(fā)展加深時,常產生大風天氣,且大風日日數(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,雙重影響下導致5月出現(xiàn)大風日日數(shù)最多。6—8月,石家莊地區(qū)盛行偏南風,地面氣壓梯度小,風速不大,受氣旋、臺風及雷暴等強風天氣系統(tǒng)影響產生大風天氣;10月以后,冷空氣勢力加強,冷鋒過境和寒潮暴發(fā)造成大風天氣,且大風日日數(shù)開始增加,11月處于冷暖交替、季節(jié)轉換時期,易出現(xiàn)大風。
2.4 大風的日變化
如表1所示,上午出現(xiàn)大風次數(shù)占全天的18.2%
~30.8%,下午出現(xiàn)大風次數(shù)占全天的48.5%~59.1%,前半夜出現(xiàn)大風次數(shù)占全天的13.6%~20.8%,后半夜出現(xiàn)大風次數(shù)占全天的4.5%~12.9%。綜上所述,大風日變化顯著,白天出現(xiàn)大風次數(shù)明顯高于夜間,下午出現(xiàn)大風次數(shù)明顯高于上午。
2.5 大風的持續(xù)時間
以石家莊地區(qū)2018年1月7—8日偏北大風天氣過程為例,世界時12:00起,贊皇嶂石巖觀測站觀測到大風,16:00左右,西部縣(市)觀測站觀測到大風,18:00~19:00,全區(qū)站點均觀測到大風天氣(表2)。
此次過程石家莊地區(qū)西部縣(市)觀測站極大風速一直持續(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)大風歷時3~4 h。
以石家莊地區(qū)2020年8月1日雷雨大風天氣過程為例,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,平山秋卜洞站極大風速24.6 m/s。21:00,全區(qū)出現(xiàn)大風,晉州前屯站極大風速20.8 m/s;此次雷雨大風過程從西北縣(市)開始發(fā)展到全區(qū),大約歷時2 h(表3)。
綜上,在偏北大風天氣過程中,中西部縣(市)區(qū)域站出現(xiàn)大風持續(xù)時間>5 h;而中東部縣市區(qū)域站大風持續(xù)時間均<5 h。偏北大風過程從西部開始發(fā)展到全區(qū)經過3~4 h。
在雷雨大風過程中,從西北縣(市)開始發(fā)展到全區(qū),經過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,結合雷達可提早指導縣(市)局提前發(fā)布預警信號。
2.6 大風的極值
>10級以上的大風大多分布石家莊地區(qū)的西部、南部,而鹿泉以東縣(市)觀測站極大風速均<8級;>8級以上大風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的大風天氣,這與其地理位置、海拔有很大關系。
2.7 大風天氣過程分類
石家莊地區(qū)出現(xiàn)大風天氣多為偏北風和對流雷雨大風,偏北風出現(xiàn)頻率為33.3%~63.6%,雷雨大風出現(xiàn)頻率為27.2%~55.6%,而偏南大風出現(xiàn)頻率僅為9.1%~14.2%,偏南風很少會造成大風天氣。同時,石家莊地區(qū)易受強對流天氣影響,所造成的雷雨大風具有局地性強、持續(xù)時間短、極值大等特點,因此,在夏季要加強對強對流天氣雷雨大風的監(jiān)測[7-8]。
2.8 大風易發(fā)點
通過對石家莊地區(qū)2017—2021年國家站及區(qū)域站大風日數(shù)及空間分布、月季變化、日變化、大風持續(xù)時間、大風極值、天氣過程分類分析,確定8個大風易發(fā)點(圖2)。
3 結論
(1)2017—2021年間國家站出現(xiàn)139次大風天氣過程,區(qū)域站出現(xiàn)273次;大部分測站的年平均大風次數(shù)在3~5 d,其中贊皇、井陘、行唐、鹿泉、高邑、元氏年平均大風日數(shù)>20 d,贊皇年平均大風日數(shù)最多為45.4 d,且大風過程持續(xù)時間較長,與之對應的風速較大。
石家莊地區(qū)大風出現(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)等站點為大風易發(fā)區(qū),同時具有很強的局地性特征。
(3)各地大風日季節(jié)變化為春季多,初秋少,春季大風日數(shù)占全年的34.8%~42.5%,且5月大風日最多,9月大風日最少。大風日變化顯著,白天出現(xiàn)大風次數(shù)明顯多于夜間,下午出現(xiàn)大風次數(shù)明顯多于上午。
(4)在偏北大風天氣過程中,中西部縣(市)區(qū)域站大風持續(xù)時間>5 h;中東部縣(市)區(qū)域站大風持續(xù)時間均<5 h。從西部開始到全區(qū)出現(xiàn)大風大約經過3~4 h,夏季雷雨大風從西北縣(市)開始發(fā)展到全區(qū)大約經過1~2 h。
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