印江新建氣象站風向風速代表性分析

謝仁波，頡春艷，代瑞華，李曉龍

(1.貴州省印江縣氣象局，貴州 印江 555200；2.貴州省德江縣氣象局，貴州 德江 565200)

0 引言

地面氣象觀測的“三性”原則為代表性、準確性、比較性，是氣象觀測資料應用的基礎性要求[1]。而且有學者認為，因站址代表性差而產生的誤差要遠大于單純的儀器系統設定的代表性誤差[2]。進入21世紀以來，隨著大氣探測自動化綜合系統的建立和不斷完善，長期困擾氣象觀測的比較性和準確性問題得到了根本性改善[3]，搬遷臺站的代表性也引起了相當的重視[4]。觀測環境變化對風的影響又是顯著的[5-7]，風向、風速隨高度和環境變化要比氣溫、氣壓和相對濕度復雜得多，因此，對于新建氣象站，有必要專門研究風向風速的代表性。

因城市擴容和探測環境遭受持續破壞的雙重原因，2015年7月1日印江國家級氣象臺站由該縣峨嶺鎮西門外中寨口(城郊)遷移到其東北方向約750 m的峨嶺鎮沙子堡并開始正式觀測，新站氣象探測環境評分為93分(僅山體遮擋面積扣7分)。毗鄰的德江氣象站、本縣天氣指標站之一的三合站有不少于3 a的連續觀測資料，為研究印江新站的風向風速代表性提供了數據支撐，同時城市規劃、新建生產企業氣候環境評估，也對研究印江新站的風向風速代表性提出了現實需要。

1 資料和方法

印江新站資料來源于2014年1月—2017年12月的A文件。德江站資料為2014年1月1日—2017年12月31日，三合天氣站資料為2014年7月1日—2017年12月31日。其中德江站位于印江西北方向，都屬于梵凈山西部，兩站直線距離約為41 km，探測環境優越，無任何人為障礙物，氣象探測環境評分為99分，較印江新站高108 m。三合天氣站(三合炮站內，四周較為開闊)位于印江新站東北偏東方向，相距約28 km，海拔較印江新站高585 m。

風向的比較用風玫瑰圖方法，風速比較用差值法。為便于比較，風向頻率保留1位小數，有別于《規范》[8]，風向角度、方位統一按表1進行。

表1 風向方位與度數對照表Tab.1 A Table of wind symbols and angles

2 研究結果

2.1 印江新站地面測風環境分析

印江新站位于縣城東面的小山包上，觀測場海拔高度521.5 m，風向風速感應器距離地面10.5 m，觀測場距離公路、鐵路、河流均滿足《氣象設施和氣象探測環境保護條例》。

印江新站和德江站觀測場中心距地1.5 m高處四周障礙物情況為：印江新站四周距高比均為山體，無人為障礙物，近處也無高大植物；與老站建站時東邊最大仰角12°，西邊最大仰角13°相比，新站探測環境還略優于老站建站時的環境。德江站周邊的環境要更加優越一些，周邊山體仰角總體比印江新站低。

2.2 印江新站風向穩定性分析

為了解主導風向的穩定性，表2分年給出了風向頻率從大到小的前3名。新站2014—2017年較多頻率的風向很穩定，不論2 min還是10 min排名前3的都是C,NE,ENE。

表2 印江新站主要風向統計Tab.2 Main wind direction statistics of Yinjiang new station

2.3 印江新站與德江站風玫瑰圖比較

圖1給出了德江站與印江新站2014—2017年10 min風玫瑰圖。由圖可見，印江新站風速風向的最大頻率與德江站一致，都是NE,但次多風向德江是NNE，印江卻為ENE,差別明顯。處于東部的印江國家站風向較西邊的德江國家站更偏東，已具備隨著測點東移風向偏東的基本雛形。

從穩定性來論，德江站由于周邊地物狀況穩定，10 min主導風向也很穩定,2014—2017年都是NE風(表3)。

表3 德江站主要風向及頻率統計表Tab.3 Main wind directions and frequency statistics of dejiang station

圖1 印江新站與德江站風玫瑰圖比較(a:德江站，b:印江新站)Fig.1 Comparison of wind roses between yinjiang new station and dejiang station (a: dejiang station, b: yinjiang new station)

2.4 印江新站與本縣三合天氣站風玫瑰圖比較

圖2給出了印江新站與三合天氣站2014年7月1日—2017年12月31日10 min風玫瑰圖。由圖可見，印江新站風速風向的最大頻率是NE,次多風向是ENE；三合天氣站最多風向是E,次多風向是ENE,隨著測點東移，有最多風向逐漸偏東的現象。

圖2 印江新站與三合天氣站風玫瑰圖比較(a:印江新站，b:三合天氣站)Fig.2 comparison of the wind rose chart of Yinjiang new station and Sanhe weather station(a:Yinjiang new weather station,b:Sanhe weather station)

從穩定性來論，三合天氣站由于周邊地物狀況穩定，10 min主導風向、次多風向都很穩定(表4)，每年都是E和ENE，只是因為海拔較高，靜風頻率較縣級國家級臺站少。

表4 三合天氣站主要風速風向及頻率統計表Tab.4 Main wind direction frequency statistics of Sanhe weather station

2.5 印江新站、德江站、三合天氣站風速比較

印江新站、德江站、三合天氣站風杯離地高度都為10.5 m，地面粗糙度接近。圖3從西到東給出了印江新站、德江站、三合天氣站各風向平均風速圖。

從圖3可以看出，一是3站主導風向上的平均風速總體較其他方位的風速偏大；二是各方位的平均風速與臺站海拔高度有關系，海拔高的站各方位風速總體要偏大一些。

圖4給出了印江新站、德江站、三合天氣站風速日變化圖。從圖中可以看出，風速總體上隨海拔高度增加而增大。

圖3 印江新站、德江站、三合天氣站各風向平均風速比較(a:德江，b：印江，c:三合)Fig.3 Comparison of average wind speed in each wind direction of Yinjiang new station, Dejiang station and Sanhe weather station(a:Dejiang,b:Yinjiang,c:Sanhe)

圖4 印江新站、德江站、三合天氣站風速日變化圖Fig.4 Wind daily variation chart of yinjiang new station,dejiang station and sanhe weather station

為了弄清風速隨海拔高度增加而增大的具體情況，用印江新站與德江站風速、海拔高度對比分析，風速隨海拔增量為0.4 m·s-1/100 m；用印江新站與三合天氣站比，增量僅為0.2 m·s-1/100 m。風速雖隨測站海拔增加而增大，但增量比較復雜。

3 結論和討論

①氣象服務的實踐表明，服務對象并不要求提供數10 a的整編資料，只要求提供3～5 a資料的居多，況且印江新站風向的穩定性好，并與1971—2000年(可以認為觀測環境未破壞)整編資料給出的最多、次多風向一致，說明用新站風向資料開展服務是可行的。

②山區最多風向與臺站附近的地形地貌有一定的關系，印江新站主導風向往西至少可以代表41 km以內的區域，往東28 km及以上區域代表性已經比較差，針對銅仁西部一定范圍內有測點偏東最多風向逐漸偏東的現象，適當加密天氣站對于重點建設項目更加(如通用機場)不可或缺。

③印江新站與周邊臺站一樣，主導風向上的平均風速較其他方位略偏大。

④印江新站風速有明顯的日變化，風速的數值大小主要依賴站點海拔高度，本縣海拔接近的地區用印江新站風向速資料開展服務也是可行的。