阜陽市邊界層風速變化特征分析

董海林+吳浩華+史兆友+項陽+張慶奎

摘 要：該文利用2014—2016年阜陽探空站探空數據資料，分析阜陽市邊界層地面到300m、600m、900m高度的風速變化特征，結果表明，阜陽市邊界層風速的變化與季節變化關系密切，即春季最大，冬季次之，夏季最小；從地面到300m平均風速隨高度增加很快，而在較高的層次300～900m，風速增加變緩；邊界層300～900m風速隨高度的變化并不一定是越來越大，經常出現600m高度上風速大于900m的情況。

關鍵詞：阜陽；邊界層；季節變化；風速特征

中圖分類號 P425 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）22-0122-03

Abstract：By using meteorological data of boundary layer from 2014 to 2016 in Fuyang，the meteorological characteristics of wind between 10～900m were analyzed. The results show that，wind of boundary layer and seasonal variation had a good consistency，which reached the highest in spring and lowest in summer. The wind speed increased more quickly from 10m to 300m than from 300m to 900m. The change in wind speed with altitude is not necessarily increasing from 300m to 900m，the maximum wind speed occurred frequently at 600m.

Key words：Fuyang；Boundary layer；Seasonal variation；Wind characteristics

探測和分析大氣邊界層內風隨高度、時間的變化規律，對了解邊界層湍流特征、研究城市空氣污染有著重要意義，對風能利用、城市規劃、工程設計和排放管理也具有應用價值。目前利用地面風觀測資料研究地面風變化[1-5]的較多，而利用探空資料分析各高度層風變化的不多[6-8]，對利用阜陽探空測風資料的分析幾乎還是空白。

由于常規探空觀測時次太少，無法分析其日變化，加之目前臺站探空資料還沒有進行大數據存儲，提取還非常不便，如目前存儲的07：00和19：00的探空觀測風資料還需進行單獨計算提取，也沒有進行月平均值計算。為此，本文只采集了近3年來2014—2016年阜陽探空逐日07：00和19：00的高空風實況觀測數據資料，對阜陽市上空邊界層風的演變進行初步分析和探討。

1 資料與方法

首先利用阜陽探空站2014—2016年近3年來逐日07：00和19：00探空實況觀測數據，挑選出逐日2個時次的高空風資料；計算出逐年各月阜陽市邊界層地面及300m、600m、900m高度上平均風速及年平均風速，對3年的資料求其平均得出各月4層高度上的風速值，通過數理統計方法分析阜陽市邊界層風速變化特征。

2 邊界層風速時間變化分析

在大氣邊界層內，無論是風向、風速隨高度都有很大的變化，造成這一變化的原因是由于摩擦力隨高度的變化而引起的，到某一高度，地面摩擦影響基本消失，其高度就是大氣邊界上層的上界，它的高度約1000m左右，我們討論的就是這一層即邊界層風的變化。

阜陽市2014—2016年近3年來地面年平均風速值為2.3m·s-1（表1），300m、600m、900m高度上分別5.9m·s-1、6.6m·s-1、6.5m·s-1。4層風速值年變幅都不大，地面風速值變化范圍在2.0～2.6m·s-1，300m在4.7～6.6m·s-1，600m在5.4～6.6m·s-1，900m在5.0～7.5m·s-1。

從不同高度上各月平均風速的年變化曲線（圖1）可以看出，無論在哪個高度上，趨勢基本一致，最低值都出現在8月份（表1），分別為2.0m·s-1、4.7m·s-1、5.4m·s-1、5.0m·s-1，最高值除900m出現在5月份（為7.5m·s-1）外，其他3層均出現在3月份，分別為2.6m·s-1、6.6m·s-1、7.5m·s-1。4層風速的月變化略呈上升-下降-上升趨勢，即地面及300m、600m高度上風的月變化趨勢為1—3月緩慢上升（圖1），6—8月下降，9—12月略升；900m上為1—5月緩慢上升（圖1），6—8月下降，9—12月略升。從季節變化看，各高度上春季的風處于峰值上（表2），其值分別為2.5m·s-1、6.4m·s-1、7.3m·s-1、7.2m·s-1，冬季次之；這是由于春、冬季阜陽市冷空氣活動頻繁期，經常有強冷空氣過境，邊界層風速較大有關，較有利于大氣污染物的擴散；夏季處于谷值，其值分別為2.0m·s-1、5.1m·s-1、5.8m·s-1、5.7m·s-1，秋季次之；這是由于夏、秋季節系統性活動少，導致平均風速也小，特別是7—8月阜陽市正處伏天暑熱季節，經常受副熱帶高壓控制，近地面層為下沉氣流，風速較小。

3 邊界層風速高度變化分析

從阜陽市地面及300m、600m、900m年平均風速隨高度變化（圖2）看，從地面到300m平均風速隨高度增加很快，統計結果顯示（表1），300m年平均風速增加到地面值的2.6倍左右。這是由于風隨高度是有變化的，這種變化主要是由于摩擦力隨高度的變化而引起的，摩擦力是隨高度增加而減小的；在北半球摩擦層里，風向隨高度增加逐漸右偏，風速隨高度升高也逐漸增大，越來越趨近于地轉風；另外，因為摩擦力隨高度很快減小之故，在邊界層，雖風向隨高度變化不大，風速卻增大很快。endprint

而在較高的層次300～900m，年平均風速增加變緩（圖2），300m風速一般均低于600m，但600m風速略高于900m風速0.1m·s-1（圖2，表1）；從各月平均風速看（表1），600m風速分別有9個月高于900m，分別出現在1月、2月、3月、4月、8月、9月、10月、11月、12月，只有3個月份（5月、6月、7月）低于900m。

在大氣邊界層內，平均風速一般隨高度增加而明顯地增大，但邊界層風隨高度變化與地面粗糙度很有關系，除了地面粗糙狀態外，低層大氣的層結狀態也是決定擾動強弱的一個重要因子[8]。如當大氣當層結不穩定時，擾動易于發生或加強，加大上下動量交換，使得上下風速差別變緩，當大氣層結處于穩定狀態，上下風速差變大。上述分析數據也證實了邊界層風速隨高度的變化并不都是越來越大，阜陽市600m高度上風速有9個月份大于900m風速的主要原因，說明阜陽市邊界層大氣經常處于不穩定狀態，比較有利于大氣污染物的擴散，不易出現長時間污染天氣，同時也易于對流天氣的發生。

4 結論

（1）阜陽市近地面層從地面到300m、600m、900m高度上風速變化與季節關系密切，春季最大，冬季次之，夏季最小。1—12月風速的變化略呈“上升-下降-上升”的趨勢。

（2）從地面到300m平均風速隨高度增加很快，300m風速約是地面風速的2.6倍左右，而在較高的層次300～900m上風速增加變緩。

（3）邊界層300～900m風速隨高度并不一定是越來越大，阜陽市邊界層風速隨高度的變化經常出現600m高度上風速大于900m的情況。

（4）本文只使用了近3年的資料，樣本較少，不能全面反應阜陽市邊界層風的變化情況，還有待于開展更長時間序列和整個對流層風及其他要素的研究分析。

參考文獻

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（責編：張宏民）endprint