長春市基準氣候站與公路交通氣象觀測站風數據對比研究

邢麗元 張琪 張海濤 張明

摘 要：本文統計了長春市基準氣候站和市內5個不同地點公路交通氣象站2019年1月至7月的分鐘風速、風向數據，將基準氣候站和公路交通氣象站的風速數據進行回歸分析，可在預報基準氣候站風或發布大風預警的同時，預判市內公路交通站風的情況，提高預報的精細度和準確度。

關鍵詞：風;對比分析;回歸分析;SPSS

中圖分類號：P415.12文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）04-0152-03

Abstract： This paper counted the data of wind speed and direction from norm climate station and five different road traffic weather stations from January to July 2019 in Changchun. The wind speed data of the norm climate station and road traffic meteorological stations were analyzed by regression analysis， which not only couid forecast wind condition of the norm climate station or issue high wind warning， but also could predict wind conditions of road traffic stations and improve the precision and accuracy of the forecast.

Keywords： wind;comparative analysis; regression analysis;SPSS

2018年11月26日，長春市紅旗街亞細亞百貨一樓門市裝修圍擋被大風吹倒，有4人被砸傷;皓月大路與萬福街交匯口，大風把樹刮倒，砸中了兩輛私家車。2019年5月28日，長春市寬城區金都小鎮小區，廣告牌被大風從高空刮落，造成一人死亡。這兩日長春市氣象臺發布大風藍色預警信號，長春市國家基準站的瞬時風速分別達到23.0m/s和14.8m/s，大風給人們生命和財產造成極大危害。對基準氣候站和公路交通氣象站的風數據進行回歸分析，在預報基準氣候站風速或發布大風預警的同時，能預判市內公路交通站的風速情況，提高城市內風速預報的精細和準確程度，有效減小大風危害。

1 資料

長春市基準氣候站位于西環城路5235號（緯度43゜54′N，經度125゜13′E，海拔高度236.8 m），使用DZZ6型自動氣象站，觀測的是10.5 m高度的風。5個DZZJ2型公路交通氣象觀測站，觀測3.5 m高度的風。其中，1號站位于南關區凈月大街，自然博物館門前（緯度43゜84′N，經度125゜44′E）;2號站位于二道區遠達大街4215號（緯度43゜93′N，經度125゜38′E），西方35 m為吳中家天下高層小區;3號站位于綠園區西安大路吉林省氣象局門前綠化帶（緯度43゜91′N，經度125゜26′E），南方約16 m為16層辦公樓（樓寬約69 m）;4號站位于南關區前進大街和蔚山路交匯處西北角（緯度43゜82′N，經度125゜30′E），西方約10 m處為群植落葉喬木（高4 m左右），西北方約20 m有7層辦公樓;5號站位于二道區四通路92號，長春市伊通河管理委員會對面綠化帶（緯度43゜90′N，經度125゜37′E），北方約4 m為高架橋（東西走向）。本文統計2019年1—7月分鐘風向、風速數據。

2 總體數據處理和對比分析

使用SPSS 23.0軟件進行線性回歸分析，調整[R]方為調整后的擬合優度，在0—1，越接近1，說明回歸方程對樣本數據點的擬合優度越高。檢驗水準設為[á]=0.05。[F]檢驗是回歸方程的顯著性檢驗，[P]值為實際顯著性概率，當[F]檢驗的[P]<0.05時，說明回歸關系具有統計學意義。[t]檢驗是回歸系數的顯著性檢驗，當[t]檢驗的[P]<0.05時，說明自變量對因變量有顯著影響。非標準化系數[B]表示各自變量在回歸方程中的系數。

在預測公路交通氣象站風速時，將其設為因變量[Y]，將基準站風速和風向設為自變量[X1]和[X2]，則：

預測公路交通氣象站風向時，將其設為因變量[Y]，基準站風向設為自變量[X]。總體數據分析選擇比較有代表性的10 min風數據。

2.1 10 min平均風速

對1—5號站2019年1—7月全部10 min風速數據進行線性回歸分析，結果如下：1—5號站均通過顯著性檢驗，[F]檢驗的[P]值均為0.000b，[t]檢驗的[P]值均為0.000;1—5號站的調整[R]方分別為0.643、0.637、0.059、0.581、0.635，除3號站外，各站預測效果較好，適合進行樣本數據回歸分析。

3號站回歸方程調整[R]方較小，擬合度不好。這主要是因為長春市西南風較多，3號站南側有高層建筑，一方面會形成建筑物高度15倍的風影區[1]，風影區內，風向改變，形成渦流，風速減小;另一方面，氣流在高層建筑上部受阻，轉而順建筑表面向下運動，到達建筑底部，與地面水平向氣流混合，底部空間風環境復雜。僅根據基準站風向、風速的預測效果不好，需要引入其他相關因素。

2.2 10 min平均風向

根據近年來許多學者對近地層風場研究，城市風向與街道方向、街道的高度與寬度、街角的形式[2]有關;與建筑物的布局、建筑物的高度、厚度和視寬角有關[3];與園林植物的自身特性和空間布局有關[4]。

本文分析的5個交通氣象站周圍環境較為復雜。因為風是湍流運動，風向受多種因素共同影響。本文先按八方位對基準站與每個交通氣象站的風向進行統計分析。對比后發現交通氣象站風向受不同環境影響，變化極大。隨后對風向進行線性回歸分析，5個交通氣象站都通過顯著性檢驗，調整[R]方依次為0.303、0.203、0.000、0.042、0.168。因各站回歸方程對樣本的擬合度較低，實用性較差，僅根據基準站風向，不適合預測交通氣象站風向。

3 樣本數據處理和對比分析結果

大氣環流產生的自然風在進入城市時風速會衰減。當風繞過障礙物流動，形成風影區，風速會減小，而在建筑角流區或受局地地形影響風速也會增大。為了能準確地分析基準站與不同公路交通站的風速關系，對風速大于一定閾值的數據進行回歸分析。

《吉林省氣象災害預警信號發布標準及防御指南》中規定了發布大風藍色預警信號的標準：24 h內可能受大風影響，平均風力可達6級以上，或者陣風（區域站極大值）8級以上，或者已出現并將持續。在實際工作中，當平均風力大于5級，陣風大于7級，可考慮發布大風預警。為了滿足實際工作需要，在發布大風預警的同時預判各交通站的風。本文提取基準站、1—5號交通氣象站所有10 min平均風速≥8.0 m/s、瞬時風速≥13.9 m/s的日期的所有分鐘數據（風速≥0.2 m/s）進行線性回歸，輸出結果如下。

3.1 1號站（樣本47549）

當基準站10 min平均風速達到6級時，1號站最大可達4級。基準站瞬時風速達到8級時，1號站最大可達7級。

3.1.1 1號站10 min平均風速。SPSS輸出結果[R]方與調整[R]方為0.625，[F]值為39 723.140，顯著性為0.000b。1號站10 min平均風速系數如表1所示。

3.1.2 1號站瞬時風速。SPSS輸出結果[R]方與調整[R]方為0.383，[F]值為14 739.806，顯著性為0.000b。1號站瞬時風速系數如表2所示。

3.2 2號站（樣本60651）

當基準站10 min平均風速達到6級時，2號站最大可達4級;當基準站瞬時風速達到9級時，2號站最大可達8級。但是，當基準站為西風時，會出現基準站瞬時風速達到7級而2號站達9級的情況。這可能是因為2號站西側是南北向高層小區，樓間形成了“狹管效應”，使瞬時風速突增。

3.2.1 2號站10 min平均風速。SPSS輸出結果[R]方與調整[R]方為0.530，[F]值為34 236.609，顯著性為0.000b。2號站10 min平均風速系數如表3所示。

3.2.2 2號站瞬時風速。SPSS輸出結果[R]方為0.358，調整[R]方為0.357，[F]值為16 873.627，顯著性為0.000b。

3.3 3號站（樣本54495）

當基準站10 min平均風速達到6級時，3號站最大可達4級。由于3號站受環境影響較大，容易出現瞬時強風。當基準站瞬時風速為3～6級時，3號站最大為7～8級。

對3號站10 min平均風速、瞬時風速進行線性回歸分析，通過顯著性檢驗，但調整R方僅為0.020和0.016，因環境特殊，不適合根據基準站的風速預測3號站風速，需要引入其他相關因素。

3.4 4號站（樣本61329）

一般情況下，當基準站10 min平均風速達到6級時，4號站最大可達4級。但基準站為北風時，4號站處于西北方辦公樓的角流區，風速增大，兩站的10 min風速能達到相同級別。一般情況下，當基準站瞬時風速達到9級時，4號站最大可達7級。受西側樹叢影響，當基準站為西風時，瞬時風速達8級，4號站可達9級;當基準站為西南風時，瞬時風速達7級，4號站可達8級;北風時，基準站瞬時風速達5級，4號站可達7級。

3.4.1 4號站10 min平均風速。SPSS輸出結果[R]方與調整[R]方為0.499，[F]值為30 511.879，顯著性為0.000b。4號站10 min平均風速系數如表5所示。

3.4.2 4號站瞬時風速。SPSS輸出結果[R]方與調整[R]方為0.386，[F]值為19 303.229，顯著性為0.000b。4號站瞬時風速系數如表6所示。

3.5 5號站（樣本50090）

當基準站10 min平均風速達到6級時，5號站最大可達4級。一般情況下，瞬時風速基準站達到9級時，5號站最大可達6級。當基準站為西或西南風時，受周圍環境影響，5號站瞬時風速會出現與基準站相同的7級風，但風向為東。

3.5.1 5號站10 min平均風速。SPSS輸出結果[R]方與調整[R]方為0.621，[F]值為40966.802，顯著性為0.000b。5號站10 min平均風速系數如表7所示。

3.5.2 5號站瞬時風速。SPSS輸出結果[R]方與調整[R]方為0.432，[F]值為19 054.574，顯著性為0.000b。5號站瞬時風速系數如表8所示。

4 結論

①公路交通氣象觀測站的風速可以根據基準站預測，但風向不適于根據基準站風向預測。

②公路交通氣象觀測站的安裝位置應與高層建筑、樹叢、高架橋等障礙物有足夠的距離，使其更具有代表性。

③考慮到周圍環境的影響，在預測市內瞬時風速時，應加大1～2個級別。

參考文獻：

[1]陳飛.高層建筑風環境研究[J].設計研究，2008（2）：72-77.

[2]林京升.建筑風環境模式研究[D].上海：同濟大學，1996.

[3]田東霞，郭建霞，關彥華，等.風觀測對障礙物距離要求的定量估計[J].高原氣象，2015（3）：870-880.

[4]陳紅.鄭州市居住區綠色空間布局對風環境的影響效應[D].鄭州：河南農業大學，2018.