最大風(fēng)速的估算方法與應(yīng)用

孫 超，湯 超，韓俊杰

（1.黑龍江省太平國際機場氣象臺，黑龍江 哈爾濱 150001；2.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱150030）

1 引言

風(fēng)速是指空氣質(zhì)點在單位時間內(nèi)所移動的水平距離，以m/s 為單位，精度為一位小數(shù)。最大風(fēng)速是指一段時間內(nèi)出現(xiàn)的最大10 min 平均風(fēng)速極大值。 極大風(fēng)速（陣風(fēng)）是指某個時間段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時風(fēng)速值[1]。 依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的《全國基本風(fēng)壓分布圖》 的風(fēng)壓和運行維護(hù)經(jīng)驗估算不同重現(xiàn)期水平的線路基本風(fēng)壓和最大風(fēng)速是目前國內(nèi)建筑規(guī)劃設(shè)計施工和電力設(shè)計施工單位獲取最大設(shè)計風(fēng)速的主要方法。 但是由于以前氣象資料站點少，而且沒有考慮地形影響，在地形相對復(fù)雜、受臺風(fēng)影響頻繁的東南沿海地區(qū)， 應(yīng)用這種方法則往往會出現(xiàn)較大偏差。

為此， 在沿海和山地地區(qū)最大風(fēng)速的獲取方法與技術(shù)方面國內(nèi)外相關(guān)部門單位已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，并取得了很多成就。 如龐文保、李懷川[2]等人應(yīng)用經(jīng)驗頻率法和P-Ⅲ型分布分析獲得15 m 高度的15 a 一遇的最大風(fēng)速。 莊垂鋒[3]曾經(jīng)利用福州氣象站的1953-1982 年的最大風(fēng)速觀測資料分析過福州的最大風(fēng)速時空分布特征，用極值Ⅰ型分布(即Gumbel 分布) 理論估算福州市不同重現(xiàn)期內(nèi)可能的最大風(fēng)速值。 龐文保、白光弼等[4]應(yīng)用皮爾遜Ⅲ型和極值Ⅰ型分布曲線對陜西省乾縣和扶風(fēng)兩個氣象站1972-2004 年10 min 平均最大風(fēng)速資料進(jìn)行30 a 一遇和50 a 一遇自記10 min 平均最大風(fēng)速進(jìn)行極值推斷，認(rèn)為兩種方法用于電力部門所需最大風(fēng)速估算都是可行的。

但是以上這些分析研究都是以地面氣象站的實際觀測資料為基礎(chǔ)展開的。 由于地區(qū)內(nèi)不同氣象站的建站早晚以及開始自記風(fēng)速風(fēng)向觀測的時間不同，開始階段通常是以每日4 次或3 次定時2 min 平均風(fēng)速觀測記錄， 即使在觀測氣象站有自記風(fēng)速風(fēng)向觀測記錄， 有些年份也存在缺測現(xiàn)象或者因觀測站搬遷而受到影響。 因觀測高度不同和時次差異須進(jìn)行相應(yīng)訂正。 訂正模式的系統(tǒng)誤差以及不可避免的偶然誤差都會對計算結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

廣東地區(qū)處于我國華南南部沿海地區(qū)， 地形復(fù)雜且易受臺風(fēng)等惡劣天氣影響導(dǎo)致大風(fēng)等災(zāi)害。 劉少群，黃澤文，陳麗佳等人曾對廣東省的風(fēng)災(zāi)狀況展開過調(diào)查， 認(rèn)為導(dǎo)致廣東地區(qū)風(fēng)災(zāi)的主要原因有熱帶氣旋以及中尺度強對流中的颮線與龍卷， 并給出了相應(yīng)的風(fēng)災(zāi)防范治理意見[5]。 但目前對該地區(qū)的最大風(fēng)速分布特征以及其極值估算的相關(guān)研究分析還較少。 本文使用ECMWF 的REA 分層格點資料對廣東及其近海地區(qū)風(fēng)速分布情況進(jìn)行描述， 統(tǒng)計獲得該地區(qū)地面以及近地層不同高度上最大平均風(fēng)速分布特征， 應(yīng)用皮爾遜Ⅲ型和極值Ⅰ型分布得到本地10 a、20 a、50 a 一遇的最大風(fēng)速極值，為以后本地的氣候狀況研究和當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)規(guī)劃提供參考。

本文中主要通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，總結(jié)（18°-26.5°N,108.75°-118.5°E） 地區(qū)的不同高度風(fēng)場的時空分布特征。

應(yīng)用極值Ⅰ型分布和皮爾遜Ⅲ型曲線兩種方法對ECMWF 的多層風(fēng)場REA 數(shù)據(jù)資料的不同高度層的年最大風(fēng)速序列展開分析，并獲得各層10 a、20 a、50 a 不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速估計值， 并與初始資料加以比較分析， 總結(jié)了這兩種方法在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用價值。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

初始風(fēng)速資料是源自ECMWF 的空間分辨率為0.75°×0.75°的 REA 多層 10 min 平均風(fēng)速格點資料。所取用資料空間為 18°-26.25°N，108.75°-118.5°E 區(qū)域，基本覆蓋廣東省全境以及附近近海地區(qū)。 資料為從 1979-2012 年共 34 a 每天 4 個時次的 10 min 平均風(fēng)速, 再分析資料中距地面高度分別為10 m、30 m、60 m、100 m 四層的平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，可較好的代表東南沿海地區(qū)的最大風(fēng)速特征。

2.2 研究方法

本文中主要通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，總結(jié)（18°-26.5°N,108.75°-118.5°E） 地區(qū)的不同高度風(fēng)場的時空分布特征。

應(yīng)用極值Ⅰ型分布和皮爾遜Ⅲ型曲線兩種方法對ECMWF 的多層風(fēng)場REA 數(shù)據(jù)資料的不同高度層的年最大風(fēng)速序列展開分析，并獲得各層10 a、20 a、50 a、不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速估值，并與初始資料加以比較分析， 總結(jié)了這兩種方法在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用價值。

3 不同高度最大風(fēng)速分布特征分析

3.1 歷史最大風(fēng)速分布特征

文中所研究的區(qū)域為華南南部地區(qū)， 以及其毗鄰的近海海域，空間分辨率為0.75°×0.75°，所占總面積大約8×105km2。 其中陸地主要包括廣東省全部和附近的廣西東北部、湖南南部、江西南部、福建省西南部以及海南島。

在研究區(qū)域，根據(jù)現(xiàn)有資料分別對100 m、60 m、30 m、10 m 四個高度按格點統(tǒng)計獲取全風(fēng)速的最大值， 并繪制了不同高度層1979-2012 年年最大風(fēng)速變化曲線如下（圖1）。

圖1 各層年最大風(fēng)速年紀(jì)變化曲線

在研究區(qū)域(18°-26.25°N，108.75°-118.5°E)內(nèi)年最大全風(fēng)速值從高到低逐漸減小。100 m 高度層的年際差異在22.5-42.5 m/s 之間， 平均年最大風(fēng)速為29.8 m/s；60 m 高度層的年際差異在 21.6-41.4 m/s之間，平均年最大風(fēng)速為28.0 m/s；30 m 高度層的年際差異在20.3-40.2 m/s 間， 平均年最大風(fēng)速為26.6 m/s；10 m 高度層的年際差異在18.1-37.6 m/s 之間，平均年最大風(fēng)速為24.2 m/s。其中年最大風(fēng)速的年際極大值出現(xiàn)在2003 年，次大值出現(xiàn)在2006 年；年際極小值出現(xiàn)在1994 年，次小值出現(xiàn)在1996 年。

由圖1 可見，在所研究范圍內(nèi)，全風(fēng)速的年最大值的空間極值有著非常明顯的年際變化， 不同高度層的變化趨勢十分吻合。 所統(tǒng)計歷史范圍內(nèi)，年最大風(fēng)速的極大值出現(xiàn)在2003 年， 次大值出現(xiàn)在2006年，極小值出現(xiàn)在1994 年。 從曲線的波動情況來看,自2000 年以來曲線波動相對增強，即出現(xiàn)的極大值有所增大。 這充分說明了年最大風(fēng)速的不確定的特點， 因而需要通過科學(xué)的統(tǒng)計以獲得在一定時間范圍內(nèi)一遇的可能最大風(fēng)速。

研究區(qū)域內(nèi)各層最大全風(fēng)速的極大值均出現(xiàn)在近海的海上， 極小值一般出現(xiàn)在粵北或粵東北的山地地區(qū)。 在研究區(qū)域內(nèi)的各個高度層上歷史最大全風(fēng)速有明顯的較差（最大值和最小值之差），較差值一般在10-12 m/s 之間。沿海海岸線附近由于下墊面性質(zhì)的突然變化， 下墊面粗糙度增大， 摩擦作用變強。 風(fēng)速的梯度最大，從海上到陸地風(fēng)速迅速減小，從海岸到內(nèi)陸的狹窄地帶內(nèi)風(fēng)速能夠迅速減小4-6 m/s。從海岸附近的平原和臺地向內(nèi)陸的山區(qū)延伸，各層風(fēng)速也因下墊面性質(zhì)的改變而減弱。 在近海、沿海岸線以及內(nèi)陸山區(qū)，最大風(fēng)速有著不同的分布特點。在100 m 高度層上最大風(fēng)速的極大值與極小值的較差為12 m/s，其中極大值出現(xiàn)在海上，極小值出現(xiàn)在粵北的山區(qū)， 而且在海岸線附近風(fēng)速等值線走向與海岸線相吻合。 在 60 m、30 m、10 m 三個高度層上也有類似的分布特征。

由研究區(qū)域歷史的年最大風(fēng)速分布狀況， 可將研究區(qū)域按照近海、沿海岸線、內(nèi)陸山地劃分為三類區(qū)域。 在每類區(qū)域內(nèi)選取兩個代表點對其最大風(fēng)速的分布特征加以分析，并估算該點上的最大風(fēng)速值。在近海類區(qū)域中選擇 A （21°N,112.5°E） 和 B (21°N,115.5°E) 為代表點， 在沿海岸線類區(qū)域中選擇C（21.75°N,111.75°E）和 D（22.5°N,113.25°E）為代表點，在內(nèi)陸山地類區(qū)域中選擇 E（24°N，112.°5E）和 F(24°N,115.5°E)為代表點。

3.2 代表點最大風(fēng)速年內(nèi)分布特征

為確定年最大風(fēng)速出現(xiàn)的季節(jié)， 須對各代表格點月最大風(fēng)速的變化趨勢進(jìn)行統(tǒng)計分析。 根據(jù)氣候統(tǒng)計學(xué)的統(tǒng)計規(guī)律， 一般在30 a 周期內(nèi)某地的氣候條件一般不會有明顯的變化， 所以選擇最近1 a，即2012 年各代表格點的月最大風(fēng)速資料為代表考察研究區(qū)域月最大風(fēng)速的變化規(guī)律。

分別對六個代表格點 A、B、C、D、E、F 處 2012 年的月最大風(fēng)速變化情況統(tǒng)計如下圖2：

圖2 (a)A、(b)B、(c)C、(d)D、(e)E、(f)F 六點 2012 年月最大風(fēng)速變化

分別分析以上各點月最大風(fēng)速變化情況可見，在近海類區(qū)域代表格點A、B， 其月最大風(fēng)速的極大值一般出現(xiàn)在7 月或者8 月； 在沿海岸線類區(qū)域代表格點C， 其月最大風(fēng)速極大值一般出現(xiàn)在6、7、8月，即氣候意義上的夏季，而D 點月最大風(fēng)速的極大值出現(xiàn)在12 月份，次大值出現(xiàn)8 月；在內(nèi)陸山地類區(qū)域代表格點E、F，其月最大風(fēng)速極大值也是出現(xiàn)在7、8 月份， 但相對近海類域其極大值并無明顯突變。在所有格點上， 月最大風(fēng)速的極小值都出現(xiàn)在5 月份、9 月份和10 月份，這與太陽直射點的南北移動而使西太平洋副熱帶高壓控制本地有著必然關(guān)系。 夏季的7、8 月份， 是西太平洋副熱帶高壓最靠北的時間，這段時間研究區(qū)域位于副熱帶高壓后部，經(jīng)常會受到來自菲律賓以東太平洋和中國南海溫暖洋面上的熱帶氣旋甚至臺風(fēng)的影響。

比較各圖可見， 在近海類區(qū)域月最大風(fēng)速的變化情況極為明顯，夏季和冬季有明顯的突變。 而在沿海岸線類區(qū)域次之， 并以內(nèi)陸山地區(qū)域的變化最為平穩(wěn)。 綜合以上月最大風(fēng)速的分布變化特征，可認(rèn)為形成研究區(qū)域年最大風(fēng)速值的主要原因是海上的熱帶氣旋及臺風(fēng)， 但是冬季如果有強的冷空氣翻越南嶺南下也可能形成年最大風(fēng)速。

4 不同重現(xiàn)期最大風(fēng)速推算

4.1 極值Ⅰ型分布估算最大風(fēng)速極值

極值Ⅰ型分布方法是近年來最大風(fēng)速概率計算以及不同概率下最大風(fēng)速值極值估算中最常用的方法之一。

根據(jù)不同重現(xiàn)水平的概率公式P＝1/R（其中R 為重現(xiàn)水平，以年為單位），可以通過查詢極值Ⅰ型ψp值分布表[6]確定 10 a、20 a、50 a 重現(xiàn)水平下的 ψp 值分別為1.3、1.87、2.59。 這種方法中僅有一個參數(shù)ψp與被估計最大風(fēng)速極值的概率相關(guān)， 對于某些特定的概率水平計算方法比較簡單，易于實現(xiàn)。

4.1.1 100 m 層最大風(fēng)速極值估算

用第Ⅰ型極值分布方法估算各代表研究點100 m 高度不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速可能極值， 得如下結(jié)果。

在表1 中可見， 所選取的各代表點100 m 高度上年最大風(fēng)速序列的變差系數(shù)Cv 在0.10-0.20 之間，其中變差系數(shù)最大的是代表近海類區(qū)域的A 點，值為0.1890， 變差系數(shù)最小的是代表內(nèi)陸山地類區(qū)域的E 點，值為0.1072。 在三類區(qū)域中，近海類區(qū)域、沿海岸線類區(qū)域、 內(nèi)陸山地類區(qū)域的變差系數(shù)依次減小， 表明從海上到內(nèi)陸山地區(qū)域年最大風(fēng)速序列的相對變動程度依次減小， 即年最大風(fēng)速序列從近海到內(nèi)陸的波動逐步減小。

根據(jù)第Ⅰ型極值分布估算得到的研究代表點10 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于16-28 m/s 之間，20 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于17-29 m/s 之間，50 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于18-33 m/s之間。 與1979-2012 年的34 a 年最大風(fēng)速極大值相比較重現(xiàn)水平為50 a 時估算的最大風(fēng)速極大值與之比較接近。

表2 60 m 高度各代表點極值Ⅰ型分布的最大風(fēng)速極值估計表

4.1.2 60 m 層最大風(fēng)速極值估算

用第Ⅰ型極值分布方法估算各代表研究點60 m高度不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速可能極值， 得如下結(jié)果。

在表2 中可見，對所選取研究代表點A、B、C、D、E、F 各點60 m 高度年最大風(fēng)速序列的變差系數(shù)與100 m 高度基本一致。10 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于14-27 m/s 之間，20 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于15-29 m/s 之間，50 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于16-32 m/s 之間。所計算各重現(xiàn)期水平下的年最大風(fēng)速的估算極值相對實際資料統(tǒng)計的年最大風(fēng)速極大值偏小。

4.1.3 30 m 層最大風(fēng)速極值估算

用第Ⅰ型極值分布方法估算各代表研究點30 m高度不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速可能極值， 得如下結(jié)果。

在表3 中可見，對所選取研究代表點A、B、C、D、E、F 各點30 m 高度10 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于12-25 m/s 之間，20 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于13-27 m/s 之間，50 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于14-30 m/s 之間。所計算各重現(xiàn)期水平下的年最大風(fēng)速的估算極值相對實際資料統(tǒng)計的年最大風(fēng)速極大值偏小。

表3 30 m 高度各代表點極值Ⅰ型分布的最大風(fēng)速極值估計表

4.1.4 10 m 層最大風(fēng)速極值估算

用第Ⅰ型極值分布方法估算各代表研究點10 m高度不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速可能極值， 得如下結(jié)果。

表4 10 m 高度各代表點極值Ⅰ型分布的最大風(fēng)速極值估計表

在表4 中可見，對所選取研究代表點A、B、C、D、E、F 各點10 m 高度10 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于9-23 m/s 之間，20 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于9-25 m/s 之間，50 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于10-28 m/s 之間。所計算各重現(xiàn)期水平下的年最大風(fēng)速的估算極值相對實際資料統(tǒng)計的年最大風(fēng)速極大值偏小。

4.2 皮爾遜Ⅲ型分布估算最大風(fēng)速極值

最大風(fēng)速極值作為氣候隨機變量在數(shù)學(xué)意義上是不穩(wěn)定的,但它隨時間變化過程在概率上卻是穩(wěn)定的。 最大風(fēng)速這一氣象要素在概率上的分布特征暫時還沒有確定。 上文已經(jīng)利用正態(tài)分布的極值Ⅰ型分布這一正態(tài)分布模型， 對其隨時間變化的概率特征進(jìn)行了一定分析。 現(xiàn)選用皮爾遜Ⅲ型這一偏態(tài)分布模型對其隨時間變化的概率分布特征加以分析，并比較兩種不同分布模型的特征分析結(jié)果， 總結(jié)不同分布模型下隨時間變化的概率分布特征的異同。同時， 皮爾遜Ⅲ型分布在我國電力部門工程設(shè)計的最大風(fēng)速估計和水文單位洪量分析估計中有著廣泛的應(yīng)用， 是極值估計中應(yīng)用極為普遍的一種統(tǒng)計分布方法。

4.2.1 100 m 層最大風(fēng)速極值估算

用皮爾遜Ⅲ型分布方法估算各代表研究點100 m 高度不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速可能極值， 得結(jié)果如下表：

在表5 中可見， 根據(jù)皮爾遜Ⅲ分布估算得到的研究代表點100 m 高度層10 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于16-28 m/s 之間，20 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于17-31 m/s 之間，50 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于18-34 m/s 之間。與1979-2012 年的34 a 年最大風(fēng)速序列的極大值相比較， 重現(xiàn)水平為50 a 時估算的最大風(fēng)速極大值與之比較接近。 但是在近海類區(qū)域和沿海岸線類區(qū)域中， 估算的極大值相比實際風(fēng)速序列小2 m/s 左右。

表5 100 m 高度各代表點P-Ⅲ型分布的最大風(fēng)速極值估計表

4.2.2 60 m 層最大風(fēng)速極值估算

用皮爾遜Ⅲ型分布方法估算各代表研究點60 m高度不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速可能極值， 得結(jié)果如表6：

在表6 中可見，對所選取研究代表點A、B、C、D、E、F 各點60 m 高度年最大風(fēng)速序列的變差系數(shù)與100 m 高度基本一致。10 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于14-27 m/s 之間，20 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于15-29 m/s 之間，50 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于16-33 m/s 之間。所計算各重現(xiàn)期水平下的年最大風(fēng)速的估算極值相對實際資料統(tǒng)計的年最大風(fēng)速極大值偏小。

表6 60 m 高度各代表點P-Ⅲ型分布的最大風(fēng)速極值估計表

4.2.3 30 m 層最大風(fēng)速極值估算

用皮爾遜Ⅲ型分布方法估算各代表研究點30 m高度不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速可能極值， 得結(jié)果如下表：

在表7 中可見，對所選取研究代表點A、B、C、D、E、F 各點30 m 高度年最大風(fēng)速序列的變差系數(shù)與100 m 高度也基本一致。10 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于12-25 m/s 之間，20 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于14-28 m/s 之間，50 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于15-32 m/s 之間。所計算各重現(xiàn)期水平下的年最大風(fēng)速的估算極值相對實際資料統(tǒng)計的年最大風(fēng)速極大值偏小。

表7 30 m 高度各代表點P-Ⅲ型分布的最大風(fēng)速極值估計表

4.2.4 10 m 層最大風(fēng)速極值估算

用皮爾遜Ⅲ型分布方法估算各代表研究點10 m高度不同重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速可能極值， 得結(jié)果如表8：

在表8 中可見，對所選取研究代表點A、B、C、D、E、F 各點10 m 高度年最大風(fēng)速序列的變差系數(shù)與100 m 高度也基本一致。10 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于9-23 m/s 之間，20 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于9-26 m/s 之間，50 a 重現(xiàn)水平下的最大風(fēng)速極值介于12-30 m/s 之間。所計算各重現(xiàn)期水平下的年最大風(fēng)速的估算極值相對實際資料統(tǒng)計的年最大風(fēng)速極大值偏小。

表8 10 m 高度各代表點P-Ⅲ型分布的最大風(fēng)速極值估計表

4.3 最大風(fēng)速估算結(jié)果的比較

第Ⅰ型極值分布是一種正態(tài)分布模型， 皮爾遜Ⅲ型分布是一種偏態(tài)分布模型， 兩種模型都常用于不同概率水平下某些氣象要素極值以及其他要素極值的估算。 兩種分布模型因其分布函數(shù)與圖線不同，故其分布結(jié)果也會有差異。

上文中分別利用兩種方法對研究區(qū)域內(nèi)六個代表點不同高度層上不同重現(xiàn)期水平， 即不同概率水平下的極大值予以估算。 現(xiàn)就其不同估算結(jié)果加以對比分析。

4.3.1 100 m 層最大風(fēng)速極值估算比較

在100 m 高度層上其最大風(fēng)速估算結(jié)果對比，如下：

表9 100 m 層極值Ⅰ型與P-Ⅲ型最大估算風(fēng)速差值

根據(jù)表9 中統(tǒng)計數(shù)據(jù)可見， 兩種方法在100 m高度層的最大風(fēng)速估算應(yīng)用中， 它們的估算結(jié)果有些差異。在重現(xiàn)水平為10 a 條件下，對同一樣本的估算中皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果要略大于用第Ⅰ型極值分布估算的結(jié)果；重現(xiàn)水平為20 a 條件下，大部分統(tǒng)計代表點的估算結(jié)果仍是皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果要略大于用第Ⅰ型極值分布估算的結(jié)果，但在沿海岸線類區(qū)域的代表點D 極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果大于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果； 重現(xiàn)水平為50 a 條件下的估算結(jié)果與重現(xiàn)期水平較短的10 a、20 a 結(jié)果則相反， 大部分研究代表點的估算結(jié)果為第Ⅰ型極值分布的估算值大于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果， 僅有代表近海類區(qū)域的A 點和代表沿海岸線類區(qū)域的C 點估算結(jié)果為第Ⅰ型極值分布的估算值小于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果。

分別對兩種方法在近海類區(qū)域、 沿海岸線類區(qū)域、 內(nèi)陸山地類區(qū)域10 a 重現(xiàn)期水平的估算結(jié)果對比， 可見在近海類區(qū)域中兩種方法的估算結(jié)果差值的絕對值最大，沿海岸線類區(qū)域與近海類區(qū)域類似，內(nèi)陸山地類區(qū)域最小，而重現(xiàn)期水平較長的20 a、50 a 估算結(jié)果的差值沒有明顯的變化規(guī)律。比較各類區(qū)域不同重現(xiàn)期水平的差值結(jié)果， 具有重現(xiàn)期越長差值的絕對值越大的特點， 其中以近海類區(qū)域代表點A、B 處最為明顯。

4.3.2 60 m 層最大風(fēng)速極值估算比較

在表10 中可見， 兩種方法應(yīng)用在60 m 高度層的最大風(fēng)速估算結(jié)果有如下差異， 在重現(xiàn)水平為10 a 條件下，對同一樣本的估算中皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果要略大于用第Ⅰ型極值分布估算的結(jié)果；重現(xiàn)水平為20 a 條件下大部分統(tǒng)計代表點的估算結(jié)果仍是皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果要略大于用第Ⅰ型極值分布估算的結(jié)果， 但在沿海岸線類區(qū)域的代表點D、F 極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果大于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果； 重現(xiàn)水平為50 a 條件下兩種方法的估算結(jié)果各有大小， 其差值在近海類區(qū)域的代表點處最大，沿海岸線類區(qū)域代表點處次之，以內(nèi)陸山地類區(qū)域代表點處為最小。

表10 60 m 層極值Ⅰ型與P-Ⅲ型最大估算風(fēng)速差值

但在此高度層上， 同類區(qū)域不同重現(xiàn)期水平條件下的差異并無明顯規(guī)律。在A 點隨重現(xiàn)期變長，皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果比第Ⅰ型極值分布估算的結(jié)果大的差值不斷增大，而在B 點則有相反的規(guī)律，隨重現(xiàn)期變長極值Ⅰ型估算結(jié)果相對變大， 而且在重現(xiàn)期為50 a 時超過皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果。在相同的重現(xiàn)期水平下， 以內(nèi)陸山地類區(qū)域兩種方法的估算結(jié)果差值最小。

表11 極值Ⅰ型與P-Ⅲ型最大估算風(fēng)速差值

表12 10 m 層極值Ⅰ型與P-Ⅲ型最大估算風(fēng)速差值

4.3.3 30 m 層最大風(fēng)速極值估算比較

在表11 中可見， 兩種方法應(yīng)用在30 m 高度層的最大風(fēng)速估算結(jié)果有如下差異： 在10 a 重現(xiàn)期水平條件下， 極值Ⅰ型分布估算的最大風(fēng)速結(jié)果與皮爾遜Ⅲ型分布估算的最大風(fēng)速結(jié)果相比較偏小，僅在A 點極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果大于皮爾遜Ⅲ型的估算結(jié)果；在20 a 重現(xiàn)期水平條件下，極值Ⅰ型分布估算的最大風(fēng)速結(jié)果與皮爾遜Ⅲ型分布估算的最大風(fēng)速結(jié)果相比較偏小， 僅在D 點極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果大于皮爾遜Ⅲ型的估算結(jié)果； 在50 a 重現(xiàn)期水平條件下， 在A、C、F 三點極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果小于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果， 在B、D、E 三點極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果大于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果。

4.3.4 10 m 層最大風(fēng)速極值估算比較

在表12 中可見， 兩種方法應(yīng)用在10 m 高度層的最大風(fēng)速估算結(jié)果有如下差異： 在10 a 重現(xiàn)期水平條件下極值Ⅰ型分布估算的最大風(fēng)速結(jié)果與皮爾遜Ⅲ型分布估算的最大風(fēng)速結(jié)果相比較偏小， 僅在A 點極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果大于皮爾遜Ⅲ型的估算結(jié)果； 在20 a 重現(xiàn)期水平條件下極值Ⅰ型分布估算的最大風(fēng)速結(jié)果與皮爾遜Ⅲ型分布估算的最大風(fēng)速結(jié)果相比較偏小， 僅在D 點極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果大于皮爾遜Ⅲ型的估算結(jié)果； 在50 a 重現(xiàn)期水平條件下， 在A、C、F 三點極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果小于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果， 在B、D、E 三點極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果大于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果。

4.3.5 比較結(jié)果分析

綜合以上對第Ⅰ型極值分布和皮爾遜Ⅲ型分布在各個高度層上差值分布特征的分析可見， 當(dāng)所取重現(xiàn)期水平較短時極值Ⅰ型分布的估算結(jié)果往往大于皮爾遜Ⅲ型分布的估算結(jié)果， 所取重現(xiàn)期水平較長時其估算結(jié)果差異無明顯規(guī)律，須具體比較。

在100 m 高度層上兩種分布方法所得估算結(jié)果的最大差值的絕對值為D 點50 a 重現(xiàn)期水平的差值0.99 m/s，其對極值Ⅰ型分布估算結(jié)果的相對差值為4.3%， 對皮爾遜Ⅲ型分布估算結(jié)果的相對差值為4.5%；在60 m 高度層上兩種分布方法所得估算結(jié)果的最大差值的絕對值為A 點50 a 重現(xiàn)期水平的差值1.14 m/s，其對極值Ⅰ型分布估算結(jié)果的相對差值為3.6%， 對皮爾遜Ⅲ型分布估算結(jié)果的相對差值為3.5%；在30 m 高度層上兩種分布方法所得估算結(jié)果的最大差值的絕對值為A 點50 a 重現(xiàn)期水平的差值1.69 m/s，其對極值Ⅰ型分布估算結(jié)果的相對差值為5.7%， 對皮爾遜Ⅲ型分布估算結(jié)果的相對差值為5.4%；在10 m 高度層上兩種分布方法所得估算結(jié)果的最大差值的絕對值為A 點50 a 重現(xiàn)期水平的差值2.0 m/s， 其對極值Ⅰ型分布估算結(jié)果的相對差值為7.2%， 對皮爾遜Ⅲ型分布估算結(jié)果的相對差值為6.7%。 所以，兩種方法估算結(jié)果的差值對于其估算結(jié)果而言偏差較小， 特別是內(nèi)陸山地類區(qū)域其相對差值更小，幾乎可予以忽略。 所以，兩種方法都可應(yīng)用于最大風(fēng)速估算。

5 結(jié)論

本文通過分析ECMWF 的1979-2012 年的空間分辨率為 0.75°×0.75°的REA 每日四個時次的多層10 min 平均風(fēng)速格點資料， 提取了研究區(qū)域 (18°-26.25°N，108.75°-118.5°E) 空間內(nèi)的年最大風(fēng)速序列， 并對其年際變化特征和空間分布特征進(jìn)行了分析。 在對其空間分布特征進(jìn)行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，把研究區(qū)域劃分為不同類別的次研究區(qū)域， 分區(qū)選擇代表格點統(tǒng)計其年最大風(fēng)速序列。 分別利用第Ⅰ型極值分布和皮爾遜Ⅲ型分布方法估算了各個代表性格點在不同重現(xiàn)期水平下的最大風(fēng)速極值， 并比較兩種方法估算結(jié)果的異同， 分別繪制了最大風(fēng)速極值分布圖。 得主要結(jié)論如下：

在研究區(qū)域內(nèi)各個不同高度層上其年最大風(fēng)速序列的年際變化趨勢極為吻合， 最近10 a 以來出現(xiàn)極大風(fēng)速的頻率增加。 100 m、60 m、30 m、10 m 各層年最大風(fēng)速平均值之差值一般在1-2 m/s 之間。從空間分布來看，因下墊面性質(zhì)差異，從近海區(qū)域、沿海岸線區(qū)域到內(nèi)陸山地區(qū)域，最大風(fēng)速極值依次減小。

以2012 年為代表統(tǒng)計分析了各代表點月最大風(fēng)速的變化特征與氣候成因， 認(rèn)為年最大風(fēng)速一般是受熱帶氣旋或臺風(fēng)影響而在夏季形成， 但若是冬季有強的冷空氣能夠翻越南嶺， 在下坡地形作用下也可能出現(xiàn)年最大風(fēng)速。

第Ⅰ型極值分布是一種正態(tài)分布的理論分布。應(yīng)用第Ⅰ型極值分布估算各個代表格點不同重現(xiàn)水平下年最大風(fēng)速的極大值隨重現(xiàn)期變長而增大，但重現(xiàn)期水平為10 a、20 a、50 a 所估算極大值較年最大風(fēng)速統(tǒng)計序列中的極大值偏小。

皮爾遜Ⅲ型分布是一種偏態(tài)分布的理論分布。應(yīng)用皮爾遜Ⅲ型分布估算各個代表格點不同重現(xiàn)水平下年最大風(fēng)速的極大值與應(yīng)用第Ⅰ型極值分布估算的結(jié)果類似。

對比兩種不同的分布方法估算最大風(fēng)速極值的原理與結(jié)果。 第Ⅰ型極值分布估算中僅可調(diào)整一個參數(shù)，即變差系數(shù)Cv，在皮爾遜Ⅲ型分布估算中則可以同時調(diào)整變差系數(shù)Cv 與偏態(tài)系數(shù)Cs，以更加準(zhǔn)確的描述最大風(fēng)的分布情況， 求得更為準(zhǔn)確的最大風(fēng)速估計值。 兩種分布方式在應(yīng)用原統(tǒng)計樣本所得參數(shù)進(jìn)行最大風(fēng)速極值估算結(jié)果比較表明， 在重現(xiàn)期較短時第Ⅰ型極值分布估算所得結(jié)果相對皮爾遜Ⅲ型分布估算結(jié)果較小，在重現(xiàn)期較長時須具體討論。但兩種方法所估算結(jié)果差值較估算值可予以忽略，兩種方法均可用于最大風(fēng)速極值估算， 若能夠?qū)τ嬎氵^程中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整得到擬合程度較高的分布曲線， 則可以直接利用分布曲線獲得任意重現(xiàn)水平下的極值，而不受參數(shù)表限制，將能夠更加廣泛的應(yīng)用于計算機估計極值。

本文是在分析ECMWF 的REA 數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的， 僅對最大風(fēng)速序列的年際變化和月際變化特征進(jìn)行了分析， 通過簡單的分布模式估算了不同重現(xiàn)水平的最大風(fēng)速極值。 但在分析中沒有考慮風(fēng)向這一重要因素以及地形等因素對最大風(fēng)速的影響，也沒有對分布模式的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以更準(zhǔn)確的擬合最大風(fēng)速分布。 未來通過對實測資料分析，調(diào)整分布模型的參數(shù)，可求得更準(zhǔn)確的最大風(fēng)速估算極值。 綜合分析地形等因子對最大風(fēng)速的影響， 結(jié)合風(fēng)向特征分析可得到更具實用意義的成果。