谢今范

第 34 卷 第 期 2 年 1 月 PLATEAU METEOROLOGY Vol. 34 No. October,2 谢 今 范, 刘 玉 英, 李 宇 凡. 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 变 化 特 征 及 成 因 分 析 [J].,2,34():1424-1434,1. 722/ j. issn. 1-34. 2. 47. 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 变 化 特 征 及 成 因 分 析 摘 要 : 利 用 197 212 年 吉 林 个 地 面 气 象 站 观 测 资 料 和 3 个 探 空 站 测 风 资 料, 对 地 面 和. ~4 km 高 空 风 速 的 时 空 变 化 特 征 进 行 了 分 析, 并 分 析 了 高 低 空 风 速 变 化 的 原 因 结 果 表 明 : 吉 林 地 面 (1 m) 年 和 四 季 平 均 风 速 均 呈 现 中 西 部 和 东 部 近 海 区 较 大 东 南 部 地 区 较 小 的 空 间 分 布 特 征 ; 近 38 年 吉 林 地 面 年 平 均 风 速 平 均 每 1 年 减 少. 21 m s - 1, 高 于 全 国 平 均 和 大 部 分 区 域 平 均, 大 风 区 或 大 风 季 节 的 风 速 减 小 幅 度 最 大 ; 在 197 212 年 期 间, 吉 林 高 空 风 速 随 高 度 增 加 呈 先 减 小 后 增 大 的 变 化 趋 势, 对 流 层 和 平 流 层 下 层 的 夏 季 平 均 风 速 趋 于 减 小, 冬 季 平 均 风 速 趋 于 增 加, 而 且 冬 季 风 速 增 加 对 年 平 均 风 速 增 加 的 贡 献 最 大 大 气 环 流 系 统 对 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 均 有 影 响, 城 市 化 的 发 展 观 测 环 境 的 改 变 减 小 了 地 面 风 速 (1. 吉 林 省 气 候 中 心, 1362;2. 吉 林 省 气 象 信 息 网 络 中 心, 1362) 关 键 词 : 地 面 风 速 ; 高 空 风 速 ; 变 化 特 征 ; 成 因 文 章 编 号 :1-34(2)-1424-11 中 图 分 类 号 :P47. 文 献 标 志 码 :A doi:1. 722/j. issn. 1-34. 2. 47 谢 今 范 1, 刘 玉 英 2 1, 李 宇 凡 1 引 言 风 速 不 仅 在 城 市 建 设 规 划 航 空 及 航 海 作 业 建 筑 工 程 中 具 有 重 要 作 用, 而 且 也 是 发 展 风 电 的 重 要 参 数 之 一 近 几 十 年 来, 在 气 候 变 化 背 景 下 的 风 能 资 源 及 其 变 化 的 研 究 愈 来 愈 受 到 重 视 特 别 是 由 于 风 速 随 着 高 度 增 加 受 到 下 垫 面 影 响 减 小 趋 于 稳 定 易 于 风 能 利 用 的 特 点, 使 得 风 能 利 用 的 高 度 在 逐 步 提 高 [1], 因 此, 利 用 高 空 风 能 是 未 来 风 电 发 展 的 方 向 [2] 所 以 研 究 不 同 高 度 风 速 时 空 变 化 特 征 对 于 风 能 资 源 开 发 利 用 具 有 重 要 意 义 近 年 来, 全 球 风 速 表 现 出 逐 年 减 小 的 趋 势 [3-6] 2 世 纪 年 代 以 来, 中 国 风 速 也 呈 明 显 的 减 小 趋 势 [7,8], 而 且 中 国 华 北 西 北 西 南 东 北 及 新 疆 河 西 走 廊 秦 岭 西 部 沙 漠 等 不 同 区 域 风 速 均 呈 减 小 趋 势 [9-16] 上 述 研 究 对 象 主 要 是 针 对 近 地 面 7 m 以 下 的 风 速, 关 于 m 以 上 高 空 风 [17] 速 变 化 的 研 究 则 相 对 较 少 马 瑞 平 等 利 用 Nimbus-7 卫 星 1979 1981 年 的 平 流 层 和 中 间 层 大 气 温 度 探 测 数 据 (SAMS) 和 热 成 风 原 理, 计 算 了 高 空 风 场, 得 到 中 国 上 空 2~8 km 高 度 范 围 风 场 的 一 些 [18] 特 征 张 爱 英 等 利 用 198 26 年 全 国 119 个 探 空 站 14 个 等 压 面 的 月 平 均 风 速 资 料, 分 析 得 出 了 全 国 近 27 年 对 流 层 中 下 层 和 对 流 层 上 层 风 速 呈 下 降 趋 势, 平 流 层 下 层 全 国 年 平 均 风 速 呈 上 升 趋 势, 同 期 全 国 地 面 风 速 呈 现 更 显 著 的 降 低 趋 势 的 [19] 结 论 在 区 域 高 空 风 速 研 究 方 面, 刘 学 峰 等 利 用 1971 26 年 河 北 省 境 内 邢 台 张 家 口 和 乐 亭 3 个 探 空 站 1,3,6,9 m 高 度 风 速 观 测 资 料 分 析 表 明, 近 36 年 地 面 年 和 季 节 平 均 风 速 变 化 存 在 显 著 的 减 少 趋 势,3 m 以 上 各 高 度 层 平 均 风 [2] 速 减 小 趋 势 明 显 小 于 地 面 风 速 田 庆 明 等 利 用 酒 泉 站 198 21 年 探 空 资 料, 分 析 了 7~2 hpa 11 个 等 压 面 风 速 时 空 变 化, 得 出 高 空 风 年 平 均 风 速 呈 下 降 趋 势 上 述 研 究 表 明, 全 国 大 部 分 地 区 地 面 风 速 呈 现 一 致 的 减 小 趋 势, 但 高 空 各 高 度 风 速 增 减 趋 势 存 在 不 一 致 现 象 所 以 有 必 要 研 究 高 空 风 速 的 区 域 变 化 特 征, 为 揭 示 高 低 空 风 速 变 化 成 因 机 制 提 供 借 鉴 吉 林 省 位 于 东 北 地 区 中 部, 中 西 部 平 原 规 划 了 千 万 千 瓦 级 风 电 基 地, 东 南 部 山 区 为 长 白 山 脉 收 稿 日 期 :214-6-24; 定 稿 日 期 :2-4-22 资 助 项 目 : 中 国 气 象 局 气 候 变 化 专 项 (CCSF21232,CCSF21317) 作 者 简 介 : 谢 今 范 (199-), 男, 吉 林 人, 高 级 工 程 师, 主 要 从 事 气 候 变 化 气 候 资 源 开 发 利 用 工 作. E-mail:xiejinfan74@126. com

期 谢 今 范 等 : 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 变 化 特 征 及 成 因 分 析 14 46 N 44 N 42 N 4 N Fig. 1 8 16 32 48 km 122 E 124 E 126 E 128 E 13 E 图 1 的 主 体, 研 究 风 速 的 时 空 变 化 对 于 西 部 平 原 风 能 资 源 开 发 利 用 东 部 山 区 生 态 建 设 具 有 重 要 指 导 意 义 目 前 对 吉 林 气 候 变 化 的 研 究 多 是 关 注 温 度 和 降 水 [21], 对 风 速 的 研 究 不 多, 特 别 是 对 高 空 风 速 变 化 的 分 析 还 较 缺 乏 因 此, 本 文 利 用 吉 林 个 气 象 站 和 3 个 探 空 站 的 最 新 观 测 资 料, 对 该 地 区 高 低 空 风 速 的 时 空 变 化 特 征 进 行 分 析, 从 影 响 风 速 变 化 的 因 素 角 度, 探 讨 引 起 风 速 变 化 的 原 因, 以 期 提 高 区 域 气 候 变 化 和 成 因 的 认 识, 为 风 能 资 源 开 发 利 用 城 市 规 划 布 局 提 供 依 据 2 资 料 和 方 法 2. 1 资 料 选 取 所 用 数 据 包 括 :1961 站 1 m 高 度 年 季 平 均 风 速 198 212 年 吉 林 个 气 象 212 年 吉 林 省 3 个 探 空 站 海 拔. ~4 km 测 风 资 料, 来 源 于 吉 林 省 气 象 档 案 馆 并 经 质 量 控 制 的 中 国 高 空 规 定 等 压 面 定 时 值 数 据 集 (V1. ) [22] ; 美 国 国 家 环 境 预 测 中 心 / 国 家 大 气 研 究 中 心 (NCEP/NCAR)197 吉 林 的 气 象 站 点 分 布 分 区 及 地 形 地 面 站 探 空 站 海 拔 /m 2 2~4 4~6 6~1 1~ ~2 > 2 Distribution of observation stations,partition and terrain in Jilin 212 年 逐 日 再 分 析 资 料 ; 国 家 气 候 中 心 提 供 的 197 212 年 环 流 特 征 量 资 料 吉 林 个 气 象 站 分 布 和 地 形 如 图 1 所 示 长 春 和 站 海 拔 分 别 为 236. 8, 332., [23] 176. 8 m 根 据 吉 林 省 气 象 地 理 区 划 并 兼 顾 地 形 特 征, 把 全 省 划 分 为 4 个 区 ( 图 1): 西 部 地 区 ( 包 括 白 城 松 原 地 区, 地 形 为 平 原 ) 中 部 地 区 ( 包 括 四 平 地 区, 地 形 为 丘 陵 ) 东 南 部 地 区 ( 包 括 辽 源 吉 林 通 化 白 山 地 区, 地 形 为 山 区 ) 和 东 部 地 区 ( 包 括 延 边 州, 地 形 为 山 间 盆 地, 东 临 日 本 海 ) 站 分 别 处 于 中 部 地 区 东 南 部 地 区 和 东 部 地 区 这 里 春 季 为 3 月 夏 季 6 8 月 秋 季 9 11 月 和 冬 季 12 2 月 吉 林 历 史 上 地 面 和 高 空 均 出 现 风 速 观 测 设 备 的 更 换 1961 年 以 后 地 面 1 m 高 度 风 速 观 测 设 备 出 现 两 次 更 换, 第 一 次 是 1968 1969 年, 设 备 由 维 尔 达 风 压 板 更 换 为 EL 电 接 风 速 计, 维 尔 达 风 压 板 观 测 风 速 偏 大, 但 这 期 间 没 有 对 比 观 测 资 料, 所 以 难 以 对 设 备 更 换 前 后 的 观 测 资 料 进 行 订 正 第 二 次 是 24 26 年, 观 测 设 备 由 EL 型 电 接 风 速 计 更 换 为 EZC-1 型 风 速 仪, 经 观 测 资 料 对 比, EZC-1 型 风 速 仪 观 测 的 风 速 整 体 偏 大 这 样, 利 用 设 备 更 换 期 间 的 两 年 对 比 观 测 资 料 进 行 了 新 设 备 观 测 风 速 的 订 正, 采 用 线 性 回 归 法 建 立 逐 时 次 订 正 方 程 198 年 以 后 高 空 风 观 测 设 备 在 1973 1974 年 由 苏 式 经 纬 仪 更 换 为 71A 测 风 雷 达,197 年 以 后 高 空 观 测 数 据 质 量 有 了 明 显 提 高 因 此, 本 文 使 用 197 特 征 及 成 因 进 行 分 析 2. 2 方 法 介 绍 2. 2. 1 气 候 变 化 特 征 分 析 方 法 212 年 的 地 面 和 高 空 风 资 料 对 其 在 进 行 吉 林 地 面 和 高 空 风 的 时 空 变 化 特 征 分 析 过 程 中, 利 用 线 性 回 归 方 法 和 相 关 法 进 行 趋 势 变 化 分 析 和 检 验 [24] 2. 2. 2 垂 直 厚 度 层 的 划 分 [18,] 多 数 研 究 采 用 等 压 面 进 行 高 空 垂 直 厚 度 层 划 分, 由 于 这 里 分 析 的 是 规 定 高 度 风 速 ( 即 不 同 海 拔 的 风 速 ), 因 此, 为 便 于 描 述, 利 用 海 拔 进 行 垂 直 厚 度 层 划 分 这 里 计 算 了 3 个 探 空 站 1981 21 年 各 等 压 面 对 应 海 拔 的 平 均 值, 结 果 列 于 表 1 参 考 文 献 [], 对 高 空 按 照 4 个 垂 直 厚 度 层 进 行 划 分 : 对 流 层 中 下 层 为 1. ~7. km, 对 应 Table 1 表 1 不 同 等 压 面 对 应 的 海 拔 平 均 值 The average of altitude with each isobaric surface 气 压 /hpa 8 7 6 4 3 2 1 7 3 2 海 拔 /km 1. 3 4. 2. 7. 1 9. 1 1. 3 11. 8 13. 6 16. 2 18. 2. 6 23. 9 26. 28.4

1426 34 卷 等 压 面 为 8~4 hpa; 对 流 层 上 层 为 8. ~ 11. km, 对 应 等 压 面 为 3~2 hpa; 平 流 层 下 层 为 12.~2. km, 对 应 等 压 面 为 ~ hpa; 平 流 层 中 层 为 21. ~28. km, 对 应 等 压 面 为 3~ hpa 3 结 果 分 析 3. 1 地 面 风 速 变 化 特 征 3. 1. 1 多 年 平 均 年 和 四 季 风 速 的 空 间 分 布 吉 林 的 年 平 均 风 速 为 2. 6 m s - 1, 空 间 分 布 总 体 呈 中 西 部 和 东 部 近 海 区 大 东 南 部 地 区 小 的 特 征 ( 图 2) 中 西 部 地 区 以 平 原 为 主, 地 形 平 坦 开 阔, 年 平 均 风 速 在 2. 8 m s - 1 以 上, 存 在 两 个 风 速 高 值 区, 分 别 位 于 西 部 地 区 中 部 和 中 部 地 区 大 部, 年 平 均 风 速 均 在 3. 4 m s - 1 以 上, 最 大 值 出 现 在 通 榆 (3. 9 m s - 1 ), 其 次 是 (3. 6 m s - 1 ) 两 个 大 风 区 因 西 风 气 流 受 到 大 兴 安 岭 山 脉 和 大 黑 山 山 脉 形 成 的 狭 管 效 应 而 形 成 东 南 部 地 区 为 长 白 山 脉 形 成 的 山 地, 山 区 年 平 均 风 速 在 2. 4 m s - 1 以 下, 高 海 拔 区 域 的 风 速 不 足 2 m s - 1, 为 全 省 风 速 低 值 区 东 部 近 海 区 域 风 速 偏 大, 可 达 2. 4 m s - 1 以 上, 为 全 省 第 三 个 风 速 高 值 区 中 西 部 地 区 和 东 部 近 海 区 大 东 南 部 地 区 小 的 分 布 形 势 同 样 表 现 在 四 季 风 速 的 空 间 分 布 中 ( 图 略 ), 风 速 高 值 区 和 低 值 区 也 较 为 一 致, 只 是 范 围 有 所 不 同 春 季 中 西 部 地 区 风 速 可 达 3. 4 m s - 1 以 上, 高 值 区 风 速 可 达 4. 2 m s - 1 以 上 ; 夏 季 中 西 部 地 区 风 速 在 2. 3 m s - 1 以 上, 高 值 区 风 速 在 2. 8 m s - 1 以 上 ; 秋 季 中 西 部 地 区 风 速 可 达 2. 4 m s - 1 以 上, 高 值 区 风 速 可 达 3. 2 m s - 1 以 上 ; 冬 季 高 值 区 风 速 与 夏 季 相 近, 但 高 值 区 范 围 明 显 较 夏 季 大 各 区 域 季 节 变 化 ( 图 3) 基 本 特 点 为 春 季 风 速 最 大 夏 季 最 小 其 差 异 表 现 为 西 部 中 部 和 东 南 部 地 区 冬 季 风 速 均 小 于 秋 季, 只 有 东 部 地 区 冬 季 风 速 比 秋 季 大, 仅 次 于 春 季 风 速 风 速 的 季 节 变 化 特 征 与 四 季 天 气 气 候 条 件 变 化 有 关 吉 林 处 在 西 风 环 流 的 控 制 之 下, 高 空 经 常 以 偏 西 风 为 主 冬 季 整 个 中 国 大 陆 都 在 西 风 环 流 控 制 之 下, 吉 林 地 面 受 稳 定 的 蒙 古 高 压 控 制, 风 速 稳 定 且 少 大 风 春 季 东 亚 大 槽 变 得 宽 平, 冷 暖 空 气 频 繁 交 换, 蒙 古 气 旋 东 北 低 压 和 黄 河 气 旋 等 频 繁 出 现, 造 成 春 季 多 大 风 天 气 夏 季 西 北 太 平 洋 副 热 带 高 压 ( 下 称 副 高 ) 北 抬, 地 面 为 热 低 压, 南 北 温 差 减 小, 气 压 梯 度 也 减 小, 因 而 风 速 普 遍 偏 小 秋 季 东 亚 大 槽 开 始 建 立, 地 面 冷 空 气 势 力 加 强, 地 面 热 低 压 逐 渐 减 弱 消 失, 气 旋 又 开 始 频 繁 活 动, 气 压 梯 度 加 大, 风 速 随 之 增 大, 出 现 全 年 风 速 的 次 高 值 东 部 地 区 多 数 站 点 因 处 于 东 西 向 走 向 峡 谷, 冬 季 偏 西 风 被 加 速, 加 之 濒 临 日 本 海, 冬 季 多 海 风, 因 而 风 速 偏 大 3. 1. 2 风 速 变 化 趋 势 特 征 197 212 年 吉 林 年 平 均 风 速 年 际 间 呈 现 减 小 的 变 化 趋 势, 平 均 每 1 年 减 小. 21 m s - 1 ( 图 4), 通 过. 1 的 显 著 性 水 平 检 验 风 速 最 大 的 年 份 是 1978 年 (3. 1 m s - 1 ) 2 世 纪 7 8 年 代 中 期, 风 速 变 化 较 平 稳,8 年 代 后 期 开 始 风 速 明 显 减 小,9 年 代 以 后 风 速 在 2. 4 m s - 1 左 右 波 动, 212 年 为 近 38 年 的 最 小 值 (2. 3 m s - 1 ) 从 年 代 际 变 化 来 看, 风 速 呈 现 逐 年 代 减 小 的 趋 势,2 世 纪 7 年 代 后 6 年 8 年 代 9 年 代 及 21 世 纪 前 12 年 平 均 风 速 分 别 为 3.,2. 9,2. 和 2. 4 m s - 1 与 [7,9-11] 全 国 和 区 域 风 速 变 化 相 比, 吉 林 的 年 平 均 风 速 减 小 趋 势 明 显 大 于 全 国 平 均 及 大 部 分 区 域, 年 46 N. 西 部 中 部 4 N 4. 东 南 部 东 部 44 N 43 N 42 N 3. 2. 41 N 122 E 123 E 124 E 1 E 126 E 127 E 128 E 129 E 13 E 131 E 图 2 197 212 年 吉 林 年 平 均 风 速 分 布 ( 单 位 :m s - 1 ) Fig. 2 Distribution of average annual wind speed in Jilin from 197 to 212. Unit:m s - 1 1. 1 2 3 4 6 7 8 9 1 11 12 月 份 图 3 197 212 年 吉 林 各 区 域 平 均 风 速 的 月 变 化 Fig. 3 Monthly variation of average wind speed in different regions of Jilin from 197 to 212

期 谢 今 范 等 : 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 变 化 特 征 及 成 因 分 析 1427 4. 3. 3. 2. 2. 1. 197 1979 1983 1987 1991 199 1999 23 27 211 代 际 变 化 特 征 较 为 一 致, 均 在 2 世 纪 7 年 代 以 后 风 速 明 显 减 小 年 份 各 区 域 年 平 均 风 速 年 代 际 变 化 不 尽 相 同 西 部 中 部 和 东 南 部 年 代 际 变 化 趋 势 基 本 相 同, 呈 现 逐 年 代 递 减 的 变 化 东 部 地 区 在 2 世 纪 7 9 年 代 的 变 化 趋 势 与 其 他 地 区 相 同, 但 在 21 世 纪 前 12 年 平 均 风 速 转 为 增 加 趋 势, 平 均 风 速 大 于 2 世 纪 9 年 代 东 部 地 区 的 这 一 变 化 特 点 在 四 季 中 均 有 所 表 现 东 部 地 区 大 部 处 于 长 白 山 脉 的 东 麓, 为 西 风 带 的 背 风 坡, 同 时 东 临 日 本 海, 致 使 该 地 区 的 天 气 气 候 与 本 省 其 他 地 区 不 同 [26] 风 速 增 加 的 具 体 原 因 尚 待 今 后 进 一 步 研 究 全 省 平 均 中 部 东 部 全 省 平 均 状 况 下 的 四 季 风 速 变 化 趋 势 以 春 季 风 速 减 小 幅 度 最 大, 为. 28 m s - 1 (1a) - 1 ; 其 次 是 秋 季, 为. 21 m s - 1 (1a) - 1 ; 夏 季 减 小 幅 度 最 小, 为. 17 m s - 1 (1a) - 1 四 季 风 速 减 小 趋 势 均 未 通 过. 1 的 显 著 性 水 平 检 验 西 部 东 南 部 图 4 197 212 年 吉 林 各 区 域 年 平 均 风 速 的 年 际 变 化 Fig. 4 46 N 4 N 44 N 43 N 42 N Variation of annual wind speed in different regions of Jilin from 197 to 212 41 N 122 E 123 E 124 E 1 E 126 E 127 E 128 E 129 E 13 E 131 E 图 197 212 年 吉 林 年 平 均 风 速 变 化 趋 势 ( 单 位 :m s -1 (1a) - 1 ) Fig. The trend of annual wind speed in Jilin during 197 212. Unit:m s -1 (1a) - 1 由 近 38 年 吉 林 年 平 均 风 速 变 化 趋 势 空 间 分 布 ( 图 ) 可 以 看 出, 全 省 大 部 分 地 方 风 速 呈 减 小 的 趋 势, 减 少 的 站 点 占 88%, 特 别 是 常 年 风 速 大 的 中 西 部 地 区 东 南 部 地 区 西 南 部 和 东 部 近 海 区 域, 风 速 减 小 幅 度 较 大, 趋 势 显 著, 一 般 减 小. 2~. m s - 1 (1a) - 1 全 省 出 现 4 个 风 速 减 小 幅 度 最 大 的 中 心, 分 别 位 于 西 部 地 区 西 南 部 中 部 地 区 西 北 部 东 南 部 地 区 西 部 和 东 部 近 海 区, 最 大 减 小 幅 度 可 达. 3 m s - 1 (1a) - 1 四 季 平 均 风 速 变 化 趋 势 空 间 分 布 特 点 与 年 平 均 风 速 相 同, 中 西 部 地 区 东 南 部 地 区 西 部 和 东 部 近 海 区 域 风 速 减 小 明 显, 存 在 4 个 风 速 减 小 幅 度 最 大 的 中 心 总 的 来 说, 吉 林 中 西 部 地 区 风 速 减 小 趋 势 明 显, 东 南 部 地 区 变 化 幅 度 不 大 造 成 这 一 差 异 的 原 因 主 要 与 地 形 有 关 中 西 部 平 原 因 地 形 平 坦, 是 吉 林 风 速 最 大 的 区 域 2 世 纪 7 年 代 以 来, 中 西 部 地 区 最 大 风 速 减 小 幅 度 较 东 南 部 地 区 偏 大 [27], 最 大 风 速 的 变 化 影 响 了 平 均 风 速 的 变 化 [28] 3. 2 高 空 风 速 变 化 特 征 高 空 观 测 只 有 8:( 北 京 时, 下 同 ) 和 2: 两 次 观 测, 这 样 只 能 用 这 2 次 的 平 均 风 速 代 表 日 平 均 风 速 为 了 比 较 2 次 观 测 和 4 次 观 测 的 差 异, 计 算 了 3 个 探 空 站 2 次 观 测 和 4 次 观 测 得 到 的 地 面 年 平 均 风 速 历 年 变 化 曲 线 ( 图 6) 由 图 6 可 见,2 次 观 测 小 于 4 次 观 测 得 到 的 年 平 均 风 速, 但 年 际 变 化 趋 势 比 较 一 致, 且 两 者 的 相 关 系 数 均 在. 96 以 上, 达 到. 1 的 显 著 性 水 平 由 此 说 明, 利 用 2 次 观 测 平 均 结 果 分 析 高 空 风 速 变 化 趋 势 是 可 行 的 分 别 处 于 吉 林 的 中 部 东 南 部 和 东 部, 由 于 中 西 部 地 形 平 坦, 认 为 站 探 空 资 料 能 够 代 表 中 西 部 地 区 高 空 风 速 变 化, 可 以 利 用 这 3 站 观 测 数 据 分 析 吉 林 中 西 部 东 南 部 和 东 部 区 域 高 空 风 速 变 化 特 征. 4. 4. 3. 3. 2. 2. 1. 1.. 在 观 测 资 料 年 代 的 选 择 上, 尽 管 1974 年 以 来 2 次 观 测 2 次 观 测 廷 吉 2 次 观 测 4 次 观 测 4 次 观 测 廷 吉 4 次 观 测 197 1979 1983 1987 1991 199 1999 23 27 211 图 6 Fig. 6 年 份 吉 林 3 个 探 空 站 2 次 和 4 次 观 测 风 速 对 比 Comparison of two times and four times of wind speed at three stations in Jilin

1428 34 卷 缺 测 率 /% 12 1 8 6 4 (a) 197-212 年 1991-212 年 2. 1. 3 7 9 12 6 2 24 28 32 (b) 197-212 年 1991-212 年. 1. 3 7 9 12 6 2 24 28 32 (c) 1982-212 年 1991-212 年. 1. 3 7 9 12 6 2 24 28 32 Fig. 7 图 7 吉 林 站 (a) 站 (b) 及 站 (c) 逐 时 风 速 在 不 同 高 度 的 平 均 缺 测 率 The average missing ratio of every hour wind speed at different heights at Changchun station(a),yanji station(b)and Linjiang station(c)in Jilin 风 速 /(m s - 1 ) 3 3 2 1 (a) 197-212 年 1991-212 年 1 2 4 6 8 1 14 18 22 26 3 3 2 1 (b) 197-212 年 1991-212 年 1 2 4 6 8 1 14 18 22 26 4 3 3 2 1 (c) 1982-212 年 1991-212 年 1 2 4 6 8 1 14 18 22 26 Fig. 8 图 8 吉 林 站 (a) 站 (b) 及 站 (c) 不 同 高 度 年 平 均 风 速 变 化 Annual wind speed at different heights at Changchun station(a), Yanji station(b)and Linjiang station(c)in Jilin 观 测 设 备 变 化 不 大, 但 从 观 测 质 量 来 看, 各 站 不 同 年 代 缺 测 率 不 同, 特 别 是 站 1974 1981 年 各 个 高 度 缺 测 均 明 显 偏 多, 只 能 使 用 1982 年 以 后 的 观 测 资 料 图 7 为 197 212 年 和 站 1982 212 年 站 对 比 1991 212 年 各 高 度 逐 时 风 速 的 平 均 缺 测 率 从 图 7 可 以 看 出, 1991 212 年 在 18~28 km 高 度 的 缺 测 率 有 所 下 降,18 km 以 下 各 高 度 风 速 缺 测 率 较 低, 均 在 2% 以 下, 而 28 km 以 上 高 度 风 速 缺 测 较 多, 超 过 % 以 上 故 本 文 分 析 28 km 及 其 以 下 各 高 度 风 速 的 变 化 特 征 为 了 尽 可 能 用 长 年 代 资 料 分 析 风 速 的 变 化, 在 缺 测 数 据 不 参 与 统 计 的 情 况 下, 计 算 和 延 吉 197 212 年 和 1991 212 年 及 1982 212 年 和 1991 212 年 不 同 高 度 年 平 均 风 速, 对 比 结 果 如 图 8 所 示, 各 站 两 个 时 段 得 到 的 风 速 差 异 较 小, 而 且 风 速 随 高 度 变 化 规 律 一 致, 说 明 和 用 197 年 以 来 观 测 数 据 用 1982 年 以 来 观 测 数 据 进 行 风 速 变 化 特 征 分 析 是 可 行 的 下 面 分 析 所 用 资 料 为 和 197 212 年 和 临 江 1982 212 年 28 km 高 度 以 下 的 数 据 3. 2. 1 年 和 四 季 风 速 随 高 度 的 变 化 从 吉 林 各 站 不 同 高 度 年 平 均 风 速 ( 图 8) 可 看 出, 自 地 面 至. km, 和 站 风 速 随 高 度 变 化 规 律 较 为 一 致, 风 随 高 度 快 速 增 加, 风 速 随 高 度 增 加 较 为 缓 慢, 这 一 高 度 距 离 反 映 了 近 地 面 风 随 高 度 的 变 化 ;. ~2. km,3 站 风 速 增 加 幅 度 逐 渐 趋 于 缓 慢, 这 一 层 受 到 地 面 扰 动 的 影 响, 能 量 有 所 下 传 ;2. km 以 上, 风 速 又 快 速 增 加, 并 在 12 km 处 达 到 最 大, 之 后, 随 着 高 度 增 加, 风 速 快 速 下 降, 反 映 了 吉 林 西 风 急 流 ( 或 最 大 风 速 ) 多 年 平 均 高 度 在 12 km 左 右 ; 至 22 km 后 风 速 缓 慢 下 降 或 较 少 变 化, 反 映 了 平 流 层 的 风 速 变 化 特 征 上 述 风 速 随 高 度 的 变 化 特 征 与 已 有 研 究 [29] 成 果 相 一 致 3 站 各 高 度 四 季 平 均 风 速 ( 图 9) 表 现 的 共 同 点 是, 四 季 西 风 急 流 ( 或 最 大 风 速 ) 高 度 3 站 均 在 12 km 高 度, 说 明 中 高 纬 度 地 区 西 风 急 流 ( 或 最 大 风 速 ) 高 度 稳 定 少 变 ;2 km 高 度 以 下,3 站 风 速 差 异 较 大,2 km 以 上,3 站 风 速 曲 线 逐 渐 重 合, 并 在 2~22 km 以 上 风 速 趋 于 稳 定 不 同 点 是,2 km 为 转 折 高 度, 四 季 中 由 3 站 中 风 速 最 小 转 为 风 速 最 大, 由 3 站 中 风 速 最 大 转 为 最 小, 说 明 地 形 越 复 杂, 近 地 层 风 速 受 到 下 垫 面 的 影 响 越 大, 由 于 下 垫 面 影 响 而 减 小 的 速 度, 上 传 到 高 层 大 气 中 夏 季 在 2 km 处,3 站 均 出 现 风 速 随 高 度 降 低 到 增 加 的 转 折, 这 是 由 于 夏 季 大 气 层 结 不 稳 定, 对 流 层 顶 高, 甚 至 出 现 两 个 以 上 对 流 层 顶, 对 流 层 顶 以 下 风 速 快 速 扰 动 造 成 的 同 时

期 谢 今 范 等 : 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 变 化 特 征 及 成 因 分 析 1429 风 速 /(m s - 1 ) 风 速 /(m s - 1 ) 4 (a) 3 3 2 1 1 2 4 6 8 1 14 18 22 26 4 (c) 3 3 2 1 1 2 4 6 8 1 14 18 22 26 风 速 /(m s - 1 ) 风 速 /(m s - 1 ) (b) 3 3 2 1 1 2 4 6 8 1 14 18 22 26 4 (d) (c) 3 3 2 1 1 2 4 6 8 1 14 18 22 26 图 9 吉 林 3 个 探 空 站 不 同 高 度 春 季 (a) 夏 季 (b) 秋 季 (c) 和 冬 季 (d) 平 均 风 速 变 化 Fig. 9 The average wind speed at three stations at different heights in spring(a),summer(b), autumn(c)and winter(d)in Jilin 还 可 以 看 到, 站 冬 季 边 界 层 (2 km 以 下 ) 内 风 速 明 显 比 其 他 季 节 高, 主 要 原 因 是 处 于 东 西 走 向 的 布 尔 哈 通 河 谷 地, 南 北 山 地 高 达 1~ 2 m, 对 冬 季 盛 行 的 偏 西 风 有 加 速 作 用 综 上 所 述, 随 着 高 度 的 上 升,3 站 风 速 差 异 逐 渐 减 小, 在 2 km 以 上,3 站 变 化 曲 线 基 本 一 致, 说 明 吉 林 下 垫 面 对 风 速 影 响 的 高 度 主 要 在 2 km 以 下 ; 吉 林 地 形 越 复 杂, 近 地 层 风 速 受 到 下 垫 面 的 影 响 越 大 ; 吉 林 西 风 急 流 ( 或 最 大 风 速 ) 高 度 在 12 km 处, 且 四 季 高 度 稳 定 少 动, 在 该 高 度 向 上 或 向 下 风 速 快 速 下 降 3. 2. 2 各 高 度 风 速 趋 势 变 化 特 征 通 过 站 各 高 度 年 平 均 风 速 变 化 趋 势 ( 图 1) 可 以 看 出, 站 在. km 高 度 以 下 风 速 呈 减 小 趋 势, 尤 其 地 面 1 m 高 度 风 速 减 小 明 显, 为. 34 m s - 1 (1a) - 1, 通 过. 1 的 显 著 性 水 平 检 验 ;1 km 高 度 以 上, 风 速 呈 增 加 趋 势, 增 加 幅 度 呈 大 小 大 的 规 律,1 km 高 度 和 28 km 高 度 出 现 峰 值, 但 大 多 数 高 度 风 速 增 加 幅 度 不 足. 2 m s 1 (1a) - - 1, 均 未 通 过 显 著 性 检 验 站 在 1. km 高 度 以 下 风 速 呈 减 少 趋 势, 各 高 度 均 通 过. 以 上 的 显 著 性 水 平 检 验 ;1. km 风 速 变 化 趋 势 /(m s - 1 (1a) - 1 ).6..4.3.2.1 -.1 -.2 -.3 -.4. 1 1. 2 3 4 6 7 8 9 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 图 1 197 212 年 吉 林 3 个 探 空 站 不 同 高 度 年 平 均 风 速 的 变 化 趋 势 Fig. 1 The trend of annual wind speed at three stations at different heights in Jilin during 197 212 以 上 风 速 呈 增 加 趋 势, 与 站 相 同, 增 加 幅 度 呈 大 小 大 的 规 律,8 km 和 28 km 高 度 出 现 峰 值, 大 多 数 高 度 增 加 幅 度 不 足.2 m s - 1 (1a) - 1, 均 未 通 过 显 著 性 检 验 站 在 4. km 以 下 风 速 均 呈 减 小 趋 势, 其 中. ~1. km 风 速 减 小. 1~. 3 m s 1 (1a) - - 1, 通 过. 以 上 的 显 著 性 水 平 检 验 ;. km 以 上 风 速 呈 增 加 趋 势,14 km 和 28 km 高 度 出 现 峰 值, 大 多 数 高 度 增 加 幅 度 达. 2~

143 34 卷. m s - 1 (1a) - 1, 但 是 仍 未 通 过. 以 上 的 显 著 性 水 平 检 验 上 述 分 析 表 明, 吉 林 风 速 随 高 度 均 呈 先 减 小 后 增 加 的 变 化 趋 势, 趋 势 转 折 点 随 观 测 站 海 拔 的 增 加 而 增 加, 全 省 km 以 上 的 高 空 风 速 均 为 增 加 趋 势, 增 加 幅 度 呈 大 小 大 的 规 律, 对 流 层 中 上 层 和 平 流 层 中 层 出 现 两 个 趋 势 峰 值, 但 中 西 部 和 东 部 地 区 增 加 趋 势 不 显 著 上 述 结 论 在 风 速 变 化 趋 势 随 高 度 增 加 呈 现 先 减 后 增 方 面 与 全 国 平 均 [18] 状 况 基 本 一 致, 但 不 同 点 在 于 吉 林 省 由 减 至 增 的 转 折 高 度 明 显 较 全 国 平 均 高 度 偏 低 从 3 站 四 季 各 高 度 风 速 变 化 趋 势 ( 表 2) 可 见,. km 高 度 以 下,3 站 四 季 风 速 均 表 现 为 减 小 趋 势, 大 部 分 情 况 为 显 著 减 少 ;. km 以 上,3 站 夏 季 风 速 表 现 为 各 高 度 一 致 的 减 小 趋 势, 冬 季 风 速 表 现 为 各 高 度 一 致 的 增 加 趋 势, 至 22 km 夏 季 风 速 趋 势 出 现 转 折,22 km 以 上 为 高 度 一 致 的 增 加 趋 势, 冬 季 风 速 趋 势 仅 站 和 站 在 26 km 出 现 转 折. km 以 上 的 春 秋 季 3 站 高 空 风 速 变 化 趋 势 除 春 季 在 1. km 以 上 站 秋 季 风 速 在 km 以 上 为 高 度 一 致 的 增 加 趋 势 外, 其 他 并 未 像 冬 夏 季 表 现 为 一 致 的 增 加 或 减 少, 而 是 在 不 同 高 度 出 现 多 次 趋 势 转 折, 和 站 春 季 风 速 随 高 度 呈 增 减 增 的 变 化, 趋 势 转 折 高 度 在 4~ km 和 18~2 km 处 站 秋 季 风 速 随 高 度 的 增 减 变 化 较 频 繁, 但 各 高 度 风 速 以 呈 增 加 的 趋 势 偏 多, 秋 季 风 速 随 高 度 呈 先 减 后 增 的 变 化, 趋 势 转 折 高 度 在 9~1 km 处 总 的 来 看, 在. km 高 度 以 下 的 近 地 面 层, 吉 林 省 四 季 风 速 均 呈 减 小 趋 势 ;. km 以 上, 全 省 夏 季 风 速 呈 不 显 表 2 吉 林 3 个 探 空 站 四 季 平 均 风 速 随 高 度 的 变 化 趋 势 Table 2 The trend of seasonal wind speed with height at three stations in Jilin 春 季 夏 季 秋 季 冬 季. -. 6** -. 1 -. 7 -. *** -. 14** -. 4 -. 31*** -. 9* -. 2 -. 4*** -. 14* -.. -. 32* -. -. 46*** -. 24 -. 18** -. 3*** -. 18 -. 22*** -. 36*** -. -. 12 -. 22*** 1.. 3. 6 -. 4 -. 12 -. -. 1. 3 -. 8 -. 1. 14. 2 -. 1.. 6. 9. 8 -. 14 -. 6 -. 17. 2 -. 8 -. 18*. 21. 8. 1 2.. 11. 13 -. 16 -. 9 -. -. 2 -. 6 -. *. 22. 8. 12 3. 6. 1. 17 -. 21 -. 14 -. 2 -. 8 -. 4 -. 29.. 19. 27 4. -. 1. 12 -. 23 -. 16 -. 16 -. 7 -. 1 -.. 23. 18. 19. 11 -. 9. 2 -. 23 -. 11 -. 12 -. 4. 1 -. 2. 31.. 49 6 -. 1 -.. 2 -. 19 -. 13 -. 17 -. 4. 3 -. 1. 43. 34. 7 -. 2 -.17. 3 -.16 -. 13 -. 17. 11.. 1. 44. 42. 7 8. 3 -. 9. 1 -. 18 -. 16 -. 16. 18. 16 -. 9. 44.. 7 9 -. 4 -. 23. 9 -. 21 -. 12 -. 9. 23. 11 -... 8 1. 3 1 -. 21 -. 18. 2 -. 23 -. 14 -. 12. 34. 1.. 69. 72 1. 18 12 -. 3 -. 32. 21 -. 44 -. 33 -. 22.. 16. 26 1. ** 1. * 1. 37* 14 -. 9 -. 23. 27 -. 67 -. 66 -. 3. 16. 6. 32 1. 6* 1. 7* 1. 29 16 -. 1 -. 13. 32 -. 7* -. 71** -. 38 -. 2. 3. 28. 98* 1. 1 1. 31 18. 1 -. 1. 7 -. 8** -. 69** -. 4* -. 6. 3.. 76. 71 1. 33 2. 17.. -. 23 -. 36** -. 21. 6. 7. 19. 7. 48. 63 22. 26. 18. 23. 18. 3. 14. 4. 4. 3. 37. 27. 46 24. 48. 3.. 21. 17. 24. 19. 1. 33. 3.. 4 26. 61. 74. 9*. 29. 22. 37. 13. 1. 13 -. 26 -. 27. 19 28. 99. 29 1. 9*. 37*. 23. 46*.. 2 -. 6* -. 43. 9. 6 注 :* ** *** 分 别 表 示 通 过.. 1 和. 1 的 显 著 性 水 平 检 验 ; 数 值 的 单 位 为 m s - 1 (1a) - 1

期 谢 今 范 等 : 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 变 化 特 征 及 成 因 分 析 1431 13 11 9 7 26 24 23 22 21 32 3 28 26 24 18 17 16 14 13 平 流 层 中 层 平 流 层 下 层 对 流 层 上 层 对 流 层 中 下 层 (a) y=.214x+1.868 R 2 =.364 y=.216x+23.427 R 2 =.621 y=.3x+27.678 R 2 =.76 y=.23x+.189 R 2 =. 197 1979 1983 1987 1991 199 1999 23 27 211 年 份 (b) 1 8 平 流 层 中 层 6 4 2 y=.42x+6. 19 R 2 =.8 平 流 层 下 层 18 17 16 14 y=-.96x+16.467 13 R 2 =.123 29 对 流 层 上 层 27 26 24 22 y=-.249x+.81 14 对 流 层 中 下 层 R 2 =.416 13 12 11 y=-.9x+11.94 1 R 2 =.199 197 1979 1983 1987 1991 199 1999 23 27 211 年 份 图 11 吉 林 探 空 资 料 (a) 和 NCEP 资 料 (b) 各 垂 直 厚 度 层 年 平 均 风 速 的 变 化 Fig. 11 The change of annual wind speed at every atmosphere layer in Jilin from radio sounding data(a)and NCEP data(b) 著 的 减 小 趋 势, 冬 季 风 速 呈 显 著 的 增 加 趋 势, 春 秋 季 风 速 在 不 同 高 度 互 有 增 减, 但 以 增 加 趋 势 为 主 ;22 km 高 度 以 上,3 站 四 季 风 速 多 为 增 加 趋 势 说 明 全 省 高 空 年 平 均 风 速 的 增 加 主 要 是 以 冬 季 风 速 增 加 的 贡 献 最 大, 其 次 是 春 秋 季 3. 2. 3 各 垂 直 厚 度 层 平 均 风 速 变 化 趋 势 为 了 加 深 对 高 空 风 速 变 化 特 征 的 认 识, 利 用 探 空 资 料 和 NCEP 再 分 析 资 料 对 高 空 各 垂 直 厚 度 层 的 年 平 均 风 速 变 化 趋 势 进 行 对 比 ( 图 11) 由 图 11a 可 见, 探 空 资 料 得 到 的 各 厚 度 层 年 平 均 风 速 均 呈 增 加 趋 势, 但 均 未 通 过. 的 显 著 性 水 平 检 验 通 过 对 各 层 比 较 发 现, 对 流 层 上 层 风 速 增 加 幅 度 最 大, 为. 3 m s - 1 (1a) - 1 ; 平 流 层 下 层 和 中 层 增 加 幅 度 在 其 次, 分 别 为. 216 m s - 1 (1a) - 1 和. 214 m s 1 (1a) - - 1, 幅 度 相 近 ; 对 流 层 中 下 层 风 速 增 加 幅 度 最 小, 仅 为. 23 m s - 1 (1a) - 1 由 图 11b 可 见,NCEP 再 分 析 资 料 得 到 的 对 流 层 至 平 流 层 下 层 年 平 均 风 速 趋 于 减 小, 平 流 层 中 层 年 平 均 风 速 趋 于 增 加, 各 层 风 速 变 化 趋 势 均 未 通 过. 的 显 著 性 水 平 检 验 可 见, 尽 管 探 空 资 料 和 NCEP 再 分 析 资 料 的 高 空 年 平 均 风 速 变 化 趋 势 有 差 异, 但 其 变 化 趋 势 均 不 显 著 进 一 步 对 探 空 资 料 和 NCEP 资 料 得 到 的 各 高 度 四 季 平 均 风 速 变 化 趋 势 ( 表 3) 分 析 可 见, 探 空 资 料 的 春 秋 季 风 速 在 对 流 层 上 层 至 平 流 层 中 层 变 化 趋 势 一 致, 均 呈 增 加 趋 势, 在 对 流 层 中 下 层 变 化 趋 势 相 反 ; 夏 冬 季 风 速 在 各 厚 度 层 变 化 趋 势 均 是 反 向 的, 冬 季 对 流 层 上 层 和 平 流 层 下 层 风 速 增 加 趋 势 显 著, 分 别 达. 764 m s - 1 (1a) - 1 和. 92 m s - 1 (1a) - 1, 通 过. 的 显 著 性 水 平 检 验 NCEP 资 料 得 到 的 四 季 各 层 风 速 趋 势 在 冬 夏 季 与 探 空 资 料 一 致, 春 秋 季 风 速 在 平 流 层 中 层 与 探 空 资 料 趋 势 一 致, 在 其 他 厚 度 层 趋 势 相 反,NCEP 资 料 的 对 流 层 上 层 和 平 流 层 下 层 夏 季 风 速 减 小 趋 势 显 著 可 见, 两 种 资 料 反 映 的 高 空 风 速 变 化 特 征 基 本 一 致 表 3 吉 林 四 季 平 均 风 速 在 各 垂 直 厚 度 层 的 变 化 趋 势 Table 3 The trend of seasonal wind speed at every atmosphere layer in Jilin 资 料 探 空 资 料 NCEP 资 料 高 度 层 对 流 层 中 下 层 对 流 层 上 层 平 流 层 下 层 平 流 层 中 层 对 流 层 中 下 层 对 流 层 上 层 平 流 层 下 层 平 流 层 中 层 风 速 变 化 趋 势 /(m s - 1 (1a) - 1 ) 春 季 夏 季. 3 -. 114. 6 -. 68. 67 -. 428. 6. 231 -. -. 297 -. 499 -. 933* -. 131 -. 242*. 8. 244 注 : * 表 示 通 过. 的 显 著 性 水 平 检 验 秋 季 -.. 238. 3. 2 -. 162 -. 11 -. 78. 1 冬 季. 226. 764*. 92* -. 99. 113. 672. 686 -. 3

1432 34 卷 总 的 来 说, 在 对 流 层 至 平 流 层 下 层, 冬 季 风 速 呈 显 著 增 加 趋 势, 夏 季 风 速 呈 减 小 趋 势, 春 秋 季 和 年 平 均 风 速 变 化 趋 势 不 显 著 ; 平 流 层 中 层 年 平 均 风 速 趋 于 增 加 4 风 速 变 化 的 成 因 分 析 综 合 上 述 分 析 表 明, 吉 林 地 面 年 和 四 季 风 速 均 是 减 小 的, 对 流 层 至 平 流 层 下 层 的 冬 季 平 均 风 速 趋 于 增 加, 夏 季 平 均 风 速 趋 于 减 小, 平 流 层 中 层 年 平 均 风 速 趋 于 增 加 大 气 环 流 的 异 常 对 区 域 气 候 变 化 具 有 重 要 作 用 吉 林 地 处 中 纬 度 地 区, 影 响 该 区 域 的 大 气 环 流 系 统 主 要 有 极 涡 西 风 环 流 西 北 太 平 洋 副 热 带 高 压 季 风 环 流 等, 下 面 分 析 极 涡 西 风 环 流 副 高 的 环 流 特 征 量 以 及 东 亚 冬 季 风 强 度 ( 计 算 方 法 参 考 文 献 [3]) 的 变 化 对 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 变 化 的 影 响 197 212 年 期 间, 地 面 年 平 均 风 速 与 同 期 极 涡 强 度 指 数 极 涡 面 积 指 数 副 高 脊 线 位 置 和 欧 亚 经 向 环 流 指 数 相 关 显 著, 相 关 系 数 分 别 为. 497,. 6,-. 437 和. 336, 通 过. 以 上 的 显 著 性 水 平 检 验 ( 表 4) 说 明 高 中 低 纬 环 流 系 统 的 变 化 均 对 吉 林 地 面 风 速 有 影 响 在 此 期 间, 年 平 均 极 涡 强 度 指 数 极 涡 面 积 指 数 和 欧 亚 经 向 环 流 指 数 均 趋 于 减 弱, 平 均 每 1 年 分 别 减 小. 98,1. 18 和. 48, 其 中 前 两 个 因 子 的 线 性 变 化 趋 势 通 过 了. 1 的 显 著 性 水 平 检 验 ; 年 平 均 副 高 脊 线 位 置 趋 于 偏 北, 平 均 每 1 年 偏 北. 27 个 纬 度 综 合 上 述, 就 年 平 均 状 况 来 看, 近 38 年 极 地 冷 空 气 的 范 围 和 势 力 趋 于 减 弱, 副 热 带 系 统 影 响 范 围 趋 于 偏 北, 中 纬 度 西 风 带 环 流 经 向 度 减 弱, 这 些 因 子 都 有 利 于 吉 林 地 面 风 速 趋 于 减 小 已 有 [11,,31] 研 究 表 明, 地 面 风 速 减 小 受 到 大 气 环 流 系 统 变 化 和 人 类 活 动 的 共 同 影 响 人 类 活 动 的 影 响 主 表 4 1971-212 年 环 流 系 统 特 征 量 的 变 化 趋 势 及 其 与 吉 林 环 流 系 统 特 征 量 年 平 均 极 涡 强 度 指 数 年 平 均 极 涡 面 积 指 数 年 平 均 副 高 脊 线 位 置 年 平 均 欧 亚 经 向 环 流 指 数 地 面 年 平 均 风 速 的 相 关 系 数 Table 4 The trend of circulation characteristic value and its correlation with surface wind speed in Jilin during 1971-212 相 关 系 数. 497. 6 -. 437. 336 线 性 趋 势 /(1a) - 1 -. 98*** -1. 18***. 27* -. 48 注 :* *** 表 示 通 过. 和. 1 的 显 著 性 水 平 检 验 要 表 现 在 城 市 化 发 展 下 垫 面 改 变 和 观 测 环 境 变 化 1976 年 吉 林 城 市 建 成 区 的 面 积 为 462. 79 km 2, 27 年 达 到 44. 86 km 2,1976 2 年 吉 林 城 市 建 成 区 年 平 均 扩 展 率 为. 2%, 在 2 27 年 达 到 6. 86% [32], 城 市 扩 展 呈 加 速 趋 势 198 2 年 吉 林 人 口 由 221. 6 万 人 增 加 到 2727. 99 万 人, 增 加 了 23. 4%,2 年 内 耕 地 增 加 了 434. 21 km 2, 主 要 来 自 于 草 地 未 利 用 地 林 地 和 水 域 的 转 化 [33] 城 市 化 发 展 和 下 垫 面 改 变, 导 致 下 垫 面 粗 糙 度 加 大, 其 摩 擦 阻 障 效 应 消 耗 了 空 气 水 平 运 动 的 [34, 3] 动 能, 使 风 速 减 小 总 之, 在 极 涡 副 高 西 风 带 等 环 流 系 统 的 变 化 引 起 地 面 风 速 减 小 的 同 时, 人 类 活 动 的 影 响 加 剧 了 地 面 风 速 减 小 的 速 度 至 于 影 响 风 速 减 小 的 程 度, 尚 需 进 一 步 研 究 197 212 年 期 间, 对 流 层 至 平 流 层 下 层 夏 季 平 均 风 速 与 夏 季 极 涡 面 积 指 数 相 关 系 数 达 到. 427, 夏 季 极 涡 面 积 指 数 平 均 每 1 年 减 小 13. 663, 通 过. 1 的 显 著 性 水 平 检 验, 说 明 夏 季 极 涡 面 积 减 小, 影 响 吉 林 的 冷 空 气 势 力 偏 弱, 有 利 于 夏 季 风 速 减 小 对 流 层 至 平 流 层 下 层 冬 季 平 均 风 速 与 东 亚 冬 季 风 强 度 相 关 显 著, 相 关 系 数 达 到. 321 197 212 年 期 间, 东 亚 冬 季 风 强 度 呈 不 显 著 的 增 加 趋 势, 平 均 每 1 年 增 加. 277 说 明 东 亚 冬 季 风 增 强, 影 响 到 冬 季 对 流 层 至 平 流 层 下 层 风 速 增 加 平 流 层 中 层 年 平 均 风 速 与 年 平 均 极 涡 中 心 位 置 呈 显 著 的 负 相 关, 相 关 系 数 达 到 -. 332, 与 年 平 均 副 高 面 积 和 强 度 指 数 呈 显 著 的 正 相 关, 相 关 系 数 分 别 达 到. 319 和. 33 197 212 年 期 间, 年 平 均 极 涡 中 心 位 置 趋 于 偏 西, 副 高 趋 于 偏 大 偏 强 此 外, 平 流 层 中 层 风 速 的 增 加, 还 可 能 与 温 室 气 体 的 增 加 有 关 平 流 层 大 气 ( 温 室 气 体 ) 向 外 放 射 出 的 长 波 辐 射 大 于 其 吸 收 的 来 自 对 流 层 大 气 的 红 外 长 波 辐 射, 温 室 气 体 增 加 将 导 致 地 [36,37] 面 和 对 流 层 变 暖, 但 却 造 成 平 流 层 变 冷 平 流 层 变 冷, 加 大 了 南 北 温 差, 气 压 梯 度 力 增 大, [38-4] 从 而 使 风 速 加 大 当 然, 是 否 存 在 其 他 原 因, 尚 需 做 进 一 步 的 研 究 工 作 结 论 (1) 吉 林 地 面 (1 m) 年 平 均 风 速 呈 中 西 部 和 东 部 近 海 区 大 东 南 部 地 区 小 的 空 间 分 布 特 征, 风 速 的 四 季 变 化 以 春 季 最 大 夏 季 最 小 (2) 近 38 年 吉 林 地 面 年 平 均 风 速 平 均 每 1

期 谢 今 范 等 : 吉 林 地 面 和 高 空 风 速 变 化 特 征 及 成 因 分 析 1433 年 减 小. 21 m s - 1, 高 于 全 国 平 均 和 大 部 分 区 域 平 均, 大 风 区 或 大 风 季 节 的 风 速 减 小 幅 度 最 大, 风 速 小 的 区 域 或 季 节 风 速 减 小 幅 度 也 小 (3) 吉 林 高 空 风 速 随 高 度 的 上 升 呈 先 减 小 后 增 加 的 变 化 趋 势, 对 流 层 至 平 流 层 下 层 的 冬 季 平 均 风 速 趋 于 增 加, 夏 季 平 均 风 速 趋 于 减 小, 年 平 均 风 速 的 增 加 主 要 以 冬 季 风 速 增 加 的 贡 献 最 大, 平 流 层 中 层 年 平 均 风 速 趋 于 增 加 (4) 极 地 冷 空 气 的 范 围 和 势 力 趋 于 减 弱, 副 热 带 系 统 影 响 范 围 趋 于 偏 北, 中 纬 度 西 风 带 环 流 经 向 度 减 弱, 及 城 市 化 的 发 展 观 测 环 境 改 变 是 近 地 层 风 速 减 小 的 主 要 原 因 夏 季 极 涡 面 积 减 小 冬 季 风 增 强 可 能 是 影 响 对 流 层 中 下 层 至 平 流 层 下 层 夏 季 平 均 风 速 减 小 冬 季 风 速 增 加 的 重 要 因 子 极 涡 偏 西 副 高 偏 大 偏 强 和 温 室 气 体 增 加 的 共 同 作 用 可 能 导 致 平 流 层 中 层 风 速 增 大 上 面 关 于 风 速 变 化 成 因 的 分 析 多 是 定 性 的, 下 一 步 应 加 强 定 量 影 响 研 究 以 及 各 影 响 因 子 相 互 作 用 的 机 制 研 究 参 考 文 献 : [1] Walker J F, Jenkins N. Wind Energy Technology[M]. John Wiley & Sons Incorporated,1997. [2] Roberts Bryan W, 潘 再 平. 一 种 利 用 高 空 风 能 进 行 发 电 的 新 方 法 [J]. 太 阳 能 学 报,1999,2(1):31-37. [3] Vautard R,Cattiaux J N,Yiou P,et al. Northern hemisphere atmospheric stilling partly attributed to an increase in surface roughness[j]. Nature Geoscience,21,3(11):76-761. [4] Tuller S E. Measured wind speed trends on the west coast of Canada[J]. Int J Climatol,24,24(11):139-1374. [] Pryor S C,Ledolter J. Addendum to Wind speed trends over the contiguous United States [J]. J Geophys Res,21,1 (D1):D113,doi:1. 129/29JD13281. [6] McVicar T R,Van Niel T Q,Li L T,et al. Wind speed climatology and trends for Australia,197-26: Capturing the stilling phenomenon and comparison with nearsurface reanalysis output[j]. Geophys Res Lett,28,3(2),L243,doi: 1. 129/28GL3627. [7] 任 国 玉, 郭 军, 徐 铭 志, 等. 近 年 中 国 地 面 气 候 变 化 基 本 特 征 [J]. 气 象 学 报,,63(6):942-92. [8] 李 艳, 王 元, 汤 剑 平. 中 国 近 地 层 风 能 资 源 的 时 空 变 化 特 征 [J]. 南 京 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版,27,43(3):28-291. [9] 刘 苏 峡, 邱 建 秀, 莫 兴 国. 华 北 平 原 191 年 至 26 年 风 速 变 化 特 征 分 析 [J]. 资 源 科 学,29,31(9):1486-1492. [1] 田 莉, 奚 晓 霞. 近 年 西 北 地 区 风 速 的 气 候 变 化 特 征 [J]. 安 徽 农 业 科 学,211,39(32):26-268. [11] 张 志 斌, 杨 莹, 张 小 平, 等. 我 国 西 南 地 区 风 速 变 化 及 其 影 响 因 素 [J]. 生 态 学 报,214,34(2):471-481. [12] 金 巍, 任 国 玉, 曲 岩, 等. 1971-21 年 东 北 三 省 平 均 地 面 风 速 变 化 [J]. 干 旱 区 研 究,212,29(4):648-63. [13] 道 然 加 帕 依, 车 罡. 新 疆 东 部 地 区 风 速 的 年 代 际 变 化 及 其 成 因 [J]. 干 旱 气 象,28,26(3):14-21. [14] 王 毅 荣, 张 存 杰. 河 西 走 廊 风 速 变 化 及 风 能 资 源 研 究 [J]. 高 原 气 象,26,(6):1197-122. [] 蒋 冲, 王 飞, 刘 焱 序, 等. 秦 岭 南 北 风 速 时 空 变 化 及 突 变 特 征 分 析 [J]. 地 理 科 学,213,33(2):244-. [16] 曾 淑 玲, 巩 崇 水, 尚 可 政. 基 于 实 地 观 测 的 库 姆 塔 格 沙 漠 风 场 时 空 变 化 特 征 研 究 [J]. 中 国 沙 漠,211,31(1):28-33. [17] 马 瑞 平, 廖 怀 哲. 中 国 地 区 2~8 km 高 空 风 的 一 些 特 征 [J]. 空 间 科 学 学 报,1999,19(4):334-341. [18] 张 爱 英, 任 国 玉, 郭 军, 等. 近 3 年 我 国 高 空 风 速 变 化 趋 势 分 析 [J].,29,28(3):68-687. [19] 刘 学 锋, 任 国 玉, 梁 秀 慧, 等. 河 北 地 区 边 界 层 内 不 同 高 度 风 速 变 化 特 征 [J]. 气 象,29,3(7):46-3. [2] 田 庆 明, 马 廷 德, 杜 岩. 酒 泉 地 区 高 空 风 速 分 布 特 征 及 影 响 因 素 [J]. 干 旱 区 研 究,29,26():671-67. [21] 于 秀 晶, 李 栋 梁, 胡 靖 彪. 吉 林 近 a 来 气 候 的 年 代 际 变 化 特 征 及 其 突 变 分 析 [J]. 冰 川 冻 土,24,26(6):779-783. [22] 中 国 高 空 规 定 等 压 面 定 时 值 数 据 集 (V1.)[M]. 北 京 : 国 家 气 象 信 息 中 心,213. [23] 中 国 气 象 局 预 测 减 灾 司, 中 国 气 象 局 国 家 气 象 中 心. 中 国 气 象 地 理 区 划 手 册 [M]. 北 京 : 气 象 出 版 社,26:16. [24] 魏 凤 英. 现 代 气 候 统 计 诊 断 与 预 测 技 术 [M]. 北 京 : 气 象 出 版 社,1999:43-134. [] 王 颖, 任 国 玉. 中 国 高 空 温 度 变 化 初 步 分 析 [J]. 气 候 与 环 境 研 究,,1(4):78-79. [26] 王 慧 清. 吉 林 省 气 候 [M]. 北 京 : 气 象 出 版 社,1997:116-118. [27] 谢 今 范, 刘 玉 英, 张 婷. 吉 林 省 年 最 大 风 速 的 变 化 特 征 分 析 [J]. 吉 林 气 象,21(3):2-. [28] 马 芹, 张 晓 萍, 万 龙, 等. 197-29 年 黄 土 高 原 地 区 风 速 变 化 趋 势 分 析 [J]. 自 然 资 源 学 报,212,27(12):2123-2133. [29] 任 国 玉, 张 爱 英, 王 颖, 等. 我 国 高 空 风 速 的 气 候 学 特 征 [J]. 地 理 研 究,29,28 (6):83-92. [3] 刘 实. 确 定 东 亚 冬 季 风 强 度 指 数 的 一 种 方 法 探 讨 [J]. 地 理 科 学,27,27( 增 刊 1):1-18. [31] 王 遵 娅, 丁 一 汇, 何 金 海, 等. 近 年 来 中 国 气 候 变 化 特 征 的 再 分 析 [J]. 气 象 学 报,24,62(2):228-236. [32] 王 斌, 姜 琦 刚, 孟 翔 冲, 等. 东 北 三 省 城 市 扩 展 及 植 被 覆 盖 状 况 [J]. 世 界 地 质,212,31(1):218-223. [33] 王 宗 明, 张 柏, 张 树 清. 吉 林 省 近 2 年 土 地 利 用 变 化 及 驱 动 力 分 析 [J]. 干 旱 区 资 源 与 环 境,24,18(6):61-6. [34] 周 淑 贞, 余 碧 霞. 上 海 城 市 对 风 速 的 影 响 [J]. 华 东 师 范 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版,1988(3):3-41. [3] 张 飞 民, 王 澄 海. 利 用 WRF-3DVAR 同 化 常 规 观 测 资 料 对 近 地 层 风 速 预 报 的 改 进 试 验 [J].,214,33(3): 67-68,doi:1. 722/j. issn. 1-34. 212. 198. [36] 胡 永 云, 丁 峰, 夏 炎. 全 球 变 化 条 件 下 的 平 流 层 大 气 长 期 变 化 趋 势 [J]. 地 球 科 学 进 展,29,24(3):242-1. [37] 沈 伟 峰, 缪 启 龙, 魏 铁 鑫, 等. 中 亚 地 区 近 13 多 a 温 度 变 化 特 征 [J]. 干 旱 气 象,213,31(1):32-36.

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