東洞庭湖湖陸風特征分析

楊偉 劉擎 王威 張巧明 方陽

（湖南省岳陽市氣象局，岳陽 414000）

0 引言

湖陸風是一種呈現明顯日變化特征的中小尺度天氣現象。湖面與陸地顯著的溫度差異是湖陸風的成因所在，在湖泊附近陸地，白天受太陽短波輻射增溫比湖面快，空氣膨脹上升，低層空氣自湖面流向陸地，形成湖風；夜間陸地比湖面輻射冷卻得快，空氣下沉，低層空氣自陸地流向湖面，形成陸風，從而出現風向晝夜交替的現象。通常來說，離湖區越近，湖陸風越明顯[1]。

中國關于湖陸風的研究多集中在相對較大的內陸湖泊地區，李連方[2]、林必元等[3]、劉電英等[4]利用洞庭湖周邊典型站點資料分析發現，洞庭湖區湖陸風明顯，夏季最明顯，湖陸風厚度約為300 m。李維亮等[5]發現長江三角洲城市熱島效應、海陸風與太湖湖陸風相互影響；殷長秦等[6]和于強等[7]對巢湖流域典型站點資料分析發現，湖陸溫差是湖陸風現象發生的關鍵因子；王浩等[8]建立中小尺度數值模式發現，水體對山地的氣溫和風速影響明顯，在湖陸風的上方有返回氣流存在；李照國等[9]選用夏季鄂陵湖湖濱地區的晴天資料分析發現，近地層氣象要素受湖陸風環流影響較大，輻射各分量具有典型日變化；張茜等[10]對博斯騰湖的湖陸風特征及其數值模擬研究發現，博斯騰湖北側湖風與中天山南側谷風疊加效應造成局地環流增強。由于探測場地、環境、能力所限，目前尚缺少對湖陸風全面系統、深入細致的研究，湖陸風與城市熱島疊加影響、氣溫與濕度差異及其成因等研究較少，湖（水）面反射太陽光到湖面上空充沛的水汽、附近陸地建筑物、植被等物體上導致氣溫上升現象尚未被發現與重視。

東洞庭湖是洞庭湖湖系中最大的湖泊，為長江中游防汛重要地段。岳陽國家氣候觀象臺（簡稱岳陽站）北部緊鄰岳陽樓，西部即為東洞庭湖，是全國唯一建在大型水體附近、且觀測資料時間跨度近百年的氣象觀測站；東部為岳陽市城區，因此兼具湖區和城市氣候特征，為湖陸風、湖泊與城市氣候相互影響研究提供了得天獨厚的寶貴代表性資料。為開展杭瑞高速洞庭湖大橋建設的氣象服務需要，2014年10月湖南省氣候中心與岳陽市氣象局聯合在東洞庭湖出口西側蘆葦灘、西橋塔北側修建了70 m高測風塔，2017年5—12月又在東橋塔H形南塔頂安裝了200 m高測風儀。為水上安全氣象服務需要，2016年1月在東洞庭湖東岸修建了七里山船舶、鹿角等10個海事站，并且在湖心燈塔修建了扁山與煤炭灣2個自動氣象站。本文利用近年較為豐富詳實的探測資料分析湖陸風日變化特征和季節特征，夏季氣溫、湖陸風、濕度的時空四維特征，發現湖（水）面反光增溫效應現象、分析湖陸風與城市熱島的疊加影響與主要相關因素，較好地解釋了湖陸風強度、維持時間與江湖附近氣溫、濕度差異等成因，為湖區氣象科學研究、科技服務與防災減災提供參考。

1 站點選取和方法介紹

氣象站點首選位于東洞庭湖東北岸濱湖的岳陽站（113.05°E，29.23°N，海拔53 m），湖岸線幾乎呈南北向，東南方為岳陽市中心城區。另外選取東洞庭湖西北部華容國家一般氣象站（112.33°E，29.31°N，海拔31 m，距離湖面33 km），東北部臨湘國家一般氣象站（113.27°E，29.29°N，海拔60.4 m，距離湖面37 km）。區域自動氣象站選取湖區周邊南湖站、風雨山、鹿角、漉湖蘆葦場水管站（簡稱漉湖站）、隆慶蓮場、良心堡、穆湖鋪、七里山船舶站，煤炭灣與扁山湖心燈塔自動氣象站（簡稱煤炭灣站、扁山站），杭瑞高速洞庭湖大橋測風塔（簡稱測風塔）等（圖1）。

圖1 洞庭湖區氣象站點分布圖Fig. 1 Distribution map of meteorological stations in Dongting Lake area

采用岳陽站2017年 6 月— 2019年 5 月的逐時觀測資料分析湖陸風的日變化特征和季節變化特征。為全方位了解夏季湖陸風時空變化四維特征，通過資料完整性、靈敏性、典型性檢查篩選，選取2017年8月3日21時—23日20時多種氣象資料，時間步長為每小時一次，測風塔高度梯度為：10 m、30 m、50 m、60 m、70 m（橋西）、200 m（橋東）共6個層次，綜合分析研究湖區平均氣溫、風場、相對濕度等氣象要素變化特征及其成因。該時段洞庭湖出口城陵磯水位26.07～28.19 m，能代表東洞庭湖夏季大致情況。

為有效識別湖陸風，首先將各時次的測站風分解為u和v分量，分別代表東西方向和南北方向的風（西風、北風為正值，東風、南風為負值），計算出各站的年（季、月、時段）逐時u、v平均值，之后將24 h的逐時平均值u、v相加求平均獲得全日平均值，再用逐時的年（季、月、時段）平均值u和v減去全日平均值得到逐時距平值。全日平均值可以看作是系統風即背景風，逐時平均值視作實際風，用實際風減去系統風得到距平風（西風、北風為正值，東風、南風為負值），通過分析逐時距平值的日變化特征，就可以了解湖陸風發生規律。

2 湖陸風特征分析

2.1 湖陸風日變化特征

分析岳陽站2017年 6 月—2019年 5 月逐時風資料可知（圖2），u的日變化有明顯的規律性，09—18時為正距平（西風、湖風），13時最強湖風風速為0.95 m·s-1，19—08時為負距平（東風、陸風），05時最強陸風風速為-0.48 m·s-1，湖風強于陸風；由于u的全日年平均值僅為-0.2 m·s-1，因此實際湖陸風也是相當明顯的，湖風持續時間長達8 h。v的日變化也有明顯的規律性，13—21時為正距平（北風），16時最強正距平達0.36 m·s-1，22—12時為負距平（南風），07時最強負距平達-0.22 m·s-1，即午后至初夜距平風由城北吹向城南，持續9 h，夜間和上午由城南吹向城北，持續15 h。由于v全日年平均值為0.65 m·s-1，從圖可以看出全日實際風均為北風，只是午后更強。這主要是由于岳陽城市中心位于岳陽站東南部，午后在城市熱島效應作用下，岳陽站附近地區氣溫南高北低形成的。

圖2 2017年6月—2019年5月岳陽站平均風速逐時變化Fig. 2 Hourly variation of average wind speed at Yueyang Station from June 2017 to May 2019

2.2 湖陸風季節特征

東洞庭湖水位隨季節變化明顯，湖水面積冬小夏大，主汛期6—8月最大，因此探討湖陸風季節特征時采用以下分季方法：春季（3—5月） ，夏季（6—8月），秋季（9—11月），冬季 （12月—次年 2月）。

分析岳陽站2017年6月—2019年5月兩年逐時風資料（圖3）可知， 岳陽站春、夏、秋、冬季四季u全日平均值分別為-0.22、0.26、-0.29、-0.56 m·s-1，日振幅分別為1.71、2.13、1.06、1.07 m·s-1，實際西風持續時間分別為8、10、7、3 h，全日西風正距平（湖風）總和分別為6.55、8.01、3.99、3.42 m·s-1，可見湖陸風夏季最強、冬季最弱。四季v全日平均值分別為0.17、-0.41、1.43、1.43 m·s-1，日振幅分別為0.61、0.95、0.72、0.50 m·s-1，實際北風持續時間分別為20、4、24、24 h，全日北風正距平總和分別為1.67、2.93、1.90、1.26 m·s-1，可見城市熱島效應夏季最強、冬季最弱。

圖3 2017年6月—2019年5月岳陽站四季逐時平均風速日變化Fig. 3 Diurnal variation of hourly average wind speed at Yueyang station from June 2017 to May 2019

從圖3可以看出，夏、秋、冬季湖風（西風）在12—13時達到最強，這是因為12—13時城市下班交通高峰、午餐烹調高峰等與太陽輻射疊加形成城市熱島高峰，湖陸溫差達到最大所致。春季由于上午降水較多、對流較強，故城市熱島中午高峰較弱； 14—15時上班交通高峰與太陽輻射疊加時城市熱島最強，因此湖風最強。

將2017年 6 月— 2019年 5 月每月15日08時東洞庭湖出口城陵磯水位按季節求算術平均值，得到春、夏、秋、冬四季水位分別為24.39、29.04、25.32、21.7 m。從四季水位數據可以看出，水位高低及湖水面積大小不是湖陸風強弱的主要成因。

圖4 2017年6月—2019年5月岳陽站四季的風向頻率玫瑰圖（每圈間隔7%）Fig. 4 Wind direction frequency rose map of the four seasons at Yueyang Station from June 2017 to May 2019(7% interval per lap)

表1 2017年6月—2019年5月四季湖風（西風正距平）、城市熱島（北風正距平）與16個方位風向頻率序列相關系數表Table 1 Coefficient tables of correlation between four seasons lake wind (westerly positive anomaly), urban heat island(northerly positive anomaly) and 16 azimuth wind direction frequency series from June 2017 to May 2019

計算岳陽站春、夏、秋、冬四季西風（湖風）正距平總和序列6.55、8.01、3.99、3.42 m·s-1與2017年6月—2019年5月16個方位四季的風向頻率（圖4）序列的相關系數（表1），得出偏南風、偏西風（包括NNW）與湖風強度呈明顯正相關，東北風（包括NW）與湖風強度呈明顯負相關，即暖、濕系統（氣候背景風）越強，湖風越強；冷、干系統越強，湖風越弱，并且系統冷暖（南北風頻率）起主導作用。計算岳陽站四季北風正距平總和序列1.67、2.93、1.90、1.26 m·s-1與2017年6月—2019年5月16個方位四季的風向頻率序列的相關系數，得出偏西風（包括NNW）、偏南風與城市熱島強度呈明顯正相關，東部陸地刮來的東風（包括NW）、北偏東風與城市熱島強度呈明顯負相關，因此濕、暖系統越強，城市熱島越強；干、冷系統越強，城市熱島越弱，并且系統干濕（湖陸風頻率）起主導作用。同時可以看出岳陽城市熱島與湖風強度呈現明顯的正相關。

3 夏季湖陸風特征

3.1 氣溫

3.1.1 水平分布特征

南岳 湖陽(b) 湖邊穆湖鋪隆鹿慶角蓮場

扁山 煤炭灣(a) 湖

湘(c) 遠湖雨山湖心堡

10 m(d) 垂直分布30 m 50 m 60 m 70 m

圖5 2017年8月4—23日東洞庭湖區逐時氣溫分布圖Fig. 5 Hourly temperature distribution of East Dongting Lake area during 4 August to 23 August 2017

分析2017年8月4—23日逐時平均氣溫日變化（圖5）可知：煤炭灣與扁山湖心燈塔站日平均最低氣溫為27.7 ℃、27.8 ℃，分別出現在07、06時；濱湖岳陽站、南湖站日平均最低氣溫為28.0 ℃、27.8 ℃，略高于湖心，其他各站均低于湖心，風雨山、良心堡日平均最低氣溫分別為26.2 ℃、26.7 ℃，比湖心低1℃以上，湖邊及較遠地區最低氣溫均出現在06時。煤炭灣與扁山站日平均最高氣溫為31.2 ℃、31.0 ℃，均出現在17時；受白天湖風影響，岳陽站最高氣溫31.6 ℃，略高于湖心；其他湖邊站及較遠地區最高氣溫均出現在16時以前，達32 ℃以上。總而言之，湖心氣溫日較差小于周邊陸地。

3.1.2 垂直分布特征

從測風塔氣溫資料（圖5）可知，白天氣溫隨高度降低，中午前后降溫幅度最大，12時10 m高度氣溫比70 m高度高0.8 ℃；夜晚氣溫則以10 m最低，30～70 m溫差很小，并以60 m氣溫最高，23時60 m氣溫比10 m高0.7℃。氣溫隨著高度升高而下降的一般規律是：從地面到高空11 km時，每升高1 km氣溫下降6 ℃，由上述氣溫晝夜變化可知，湖面上空中午降溫幅度明顯大于一般規律，夜晚出現明顯的逆溫層，這表明湖面上空白天為下沉氣流，12時左右最強；夜晚為上升氣流，23時左右最強。

3.1.3 湖（水）面反光增溫效應

湖（水）面如鏡，白天太陽光照射在湖（水）面上發生反射作用，反射到湖區上空充沛的水汽、氣溶膠上以及周邊陸地建筑物、樹木植被、丘陵山脈等，使得一定時空范圍內氣溫升高，以早晨和傍晚最明顯。從圖6可以看出，岳陽站西部湖面反光明顯，且2019年7月21日16：56的反射強度明顯強于16：29。例如2017年8月4—23日08—09時東洞庭湖與悅來湖西部良心堡站平均氣溫升高1.4 ℃，而東岸的岳陽站、七里山船舶站升溫僅0.8、0.7 ℃，傍晚16—17時岳陽站、七里山船舶站氣溫升高0.05 ℃，而良心堡站氣溫下降0.9 ℃。湖心最高氣溫出現時間明顯晚于陸地，也主要是傍晚強盛的湖面反光增溫效應和湖陸風鋒面向湖面移動的疊加影響所致。

岳陽、扁山、煤炭灣、臨湘站2018年1月、4月逐時氣溫分布如圖7所示，1月午后最高氣溫從高到低依次為臨湘6.24 ℃、煤炭灣5.59 ℃、岳陽5.57 ℃、扁山5.33 ℃，傍晚17—18時氣溫降幅大小依次為臨湘0.65 ℃、岳陽0.49 ℃、煤炭灣0.24 ℃、扁山0.19 ℃。臨湘站位于丘陵山區，氣溫日較差最大、傍晚降幅最大；該時段岳陽站主導風向為NNE，其次為N、NE，在主導風向控制下，湖面反光增溫效應與湖風對岳陽站影響較小，因此岳陽站氣溫日較差與傍晚降幅較大；扁山站位于湖心島燈塔上，四周為寬廣湖面，因此氣溫日較差最小，傍晚受湖面反光增溫效應影響，氣溫下降緩慢、降幅最?。辉摃r期東洞庭湖出口城陵磯水位維持在20～21.5 m，湖區露出大面積泥涂、沙洲，煤炭灣站位于沙洲上，東側為湖面，西側為大面積泥涂區，同時受水面、沙洲與泥涂等影響，因此氣溫日較差、傍晚降幅大于扁山站。岳陽、扁山、煤炭灣3站20—21時氣溫略有上升，是因為該月20—21時有十多次強弱不同的日周期性暖鋒影響（其他要素亦然）。4月東洞庭湖區偏南風已占主導地位，城陵磯水位大部分時候在22～24 m，湖區沙洲基本淹沒，泥涂面積減小、濕度增大。東南風致使岳陽站、扁山站受城市熱島效應影響，早晨前后氣溫較高；西南風致使湖風吹向岳陽站，下午到傍晚岳陽、扁山、煤炭灣三站環境背景與湖面反光增溫效應基本一致，因此氣溫差別很小。

圖6 2019年7月21日岳陽站西邊東洞庭湖實景（a）16：29；（b）16：56Fig. 6 The scene of East Dongting Lake in the west of Yueyang Station on 21 July 2019(a) 16:29; (b) 16:56

圖7 2018年1月、4月東洞庭湖區逐時氣溫演變圖Fig. 7 Hourly temperature distribution map of East Dongting Lake area in January and April 2018

3.2 湖陸風

分析2017年8月4—23日東洞庭湖東、西、南、北、湖心以及測風塔不同高度逐時平均風向風速日變化，得到以下結果。

3.2.1 東部

湖區東部岳陽、鹿角、南湖、臨湘站逐時平均風速日變化如圖8所示，4站逐時平均u的日振幅分別為2.38、1.22、1.66、0.94 m·s-1，全日平均值為0.20、-0.23、0.49、0.46 m·s-1，正距平時段為10—18、09—17、08—17、11—17時，西風正距平（湖風）總和分別為8.08、4.18、4.6、2.33 m·s-1。可見日變化有明顯的規律性，u分量白天為正距平西風，由湖面吹向陸地；夜間和清晨為負距平東風，由陸地吹向湖面，岳陽站湖陸風最強、南湖次之，隨著與湖面距離的增加，湖陸風逐漸減弱，但持續時間更長，從圖8可以看出實際湖陸風也是相當顯著的。

圖8 2017年8月4—23日東洞庭湖東部逐時平均風速日變化Fig. 8 Diurnal variation of hourly average wind speed in eastern Dongting Lake during 4 August to 23 August 2017

4站逐時平均v的日振幅分別為1.09、0.99、1.20、1.40 m·s-1，全日平均值為-1.33、-0.85、-0.75、-1.06 m·s-1，正距平時段為14—21、15—22、14—22、17—07時（04時除外），北風正距平總和分別為3.26、2.19、3.39、3.85 m·s-1。v分量正距平北風持續時間以岳陽、鹿角8 h最短、臨湘14 h最長，振幅、北風正距平總和以臨湘最大、鹿角最小。臨湘站北部為丘陵、南部為城區，南北風轉換是山谷風與城市熱島效應相疊加形成的；岳陽站西部為東洞庭湖，東北部為岳陽樓景區以及郊區，東南部為城市中心、較遠處為南湖和南部丘陵山區，南北風轉換主要是城市熱島效應、南湖下午到傍晚反光增溫效應疊加形成的，因此北風正距平較大值從下午16時持續到20時；南湖站位于岳陽市區南部邊緣、南部為南湖，稍遠為丘陵山區，南北風轉換主要是南湖湖陸風、山谷風與南湖下午到傍晚反光增溫效應疊加形成的，與岳陽站相似但正距平較大值位相提前約1 h；因為該站南部受東南—西北向的龍山等山脈阻擋，故南風風速較小。鹿角鎮呈向東洞庭湖突出的鹿角狀，鹿角站東南部百余米有較大池塘、西南部距離洞庭湖水體僅百余米，南北風轉換主要是湖陸風效應和湖（水）面反光增溫效應疊加形成的；鹿角站位于岳陽縣地方海事處院內，受建筑物與樹木遮擋影響較大，因此風速較小。從圖8可以看出，上述4站實際上都吹南風，南北風距平轉換實際表現為南風風速大小的日周期性變化。

3.2.2 西部

湖區西部良心堡站逐時平均風速日變化如圖9所示，逐時平均u的日振幅為0.85 m·s-1，全日平均值為-0.60 m·s-1，負距平時段為09—16時，風速總和為1.96 m·s-1，實際東風持續時間24 h?？梢妘分量白天為負距平東風，由湖面吹向西部陸地；夜晚到清晨為正距平西風，由西部陸地吹向湖面。由于河湖密布，導致影響因素較多，故呈現波動狀態。良心堡東部有東北～西南向悅來湖，受早晨湖面反光增溫效應影響，氣溫西高東低明顯，因此最強湖風出現在09時，負距平達-0.48 m·s-1，實際東風1.08 m·s-1。逐時平均v的日振幅為0.69 m·s-1，全日平均值為0.16 m·s-1，較明顯正距平時段為16—00時，負距平時段為10—15時。v分量傍晚前后為正距平，中午前后為負距平，北風正距平持續時間為9 h，南風最強負距平-0.37 m·s-1，這主要是由良心堡北部七女峰、桃花山等山脈丘陵形成的山谷風造成的。

隆慶蓮場站逐時平均u的日振幅為1.41 m·s-1，全日平均值為弱西風0.19 m·s-1， 08—16時為正距平西風，17—07時（00時除外）u為負距平，與良心堡明顯不同。由于隆慶蓮場站西邊為蓮場水體，東部靠近東洞庭湖，故日出后首先受湖面反光增溫效應影響，氣溫西低東高，之后受西湖東陸大地形影響，西風逐漸增大，13—14時u正距平達0.74 m·s-1；傍晚前后，蓮場水體東部因反光效應增溫，東洞庭湖西部氣溫則明顯下降，該站附近氣溫東低西高，u東風負距平傍晚以后達到最大，20時達-0.67 m·s-1，從圖9可以看出，實際湖陸風的日周期性變化是相當明顯的。該站逐時平均v的日振幅為0.79 m·s-1，全日平均值為南風-0.95 m·s-1，18—01時為正距平， 08—13時為負距平，與良心堡相似，但南風較大。

3.2.3 南部

圖9 2017年8月4—23日東洞庭湖西部逐時平均風速日變化Fig. 9 Diurnal variation of hourly average wind speed in the west of East Dongting Lake during 4 August to 23 August 2017

湖區南部漉湖站（圖10）逐時平均u的日振幅為1.15 m·s-1，全日平均值為東風-0.72 m·s-1，16—23時為正距平， 08—13時為負距平。逐時平均v的日振幅為0.68 m·s-1，全日平均值為弱北風0.20 m·s-1，07—12時為正距平，13—19時為負距平。由于漉湖站南邊為草尾河、東部靠近湘江，故日出后首先受草尾河、湘江水面、漉湖等向西反光增溫效應和弱東北背景風影響，站點附近氣溫西南高東北低，東北風逐漸增大，12時u負距平達-0.59 m·s-1，10時v正距平達0.44 m·s-1；午后主要受湘江、洞庭湖水面等向東反光增溫效應和東北方麻布大山丘陵山脈大地形疊加影響，該站附近氣溫東北高西南低，西南風逐漸增大，u正距平20時達0.55 m·s-1，且午后到傍晚為較弱的南風負距平。從圖10可以看出，漉湖站實際上以東偏北風為主，風距平轉換表現為東偏北風風速大小的日周期性變化。

3.2.4 北部

湖區北部穆湖鋪站（圖10）逐時平均u的日振幅為0.65 m·s-1，全日平均值為弱東風-0.11 m·s-1，09—16時為正距平，17—08時u為負距平。逐時平均v的日振幅為1.54 m·s-1，全日平均值為南風-1.19 m·s-1，13—21時為正距平，22—12時為負距平。由于穆湖鋪南部為湖面，東部為岳陽市北部郊區、稍遠為丘陵山脈，東南部為岳陽市區，故白天氣溫西南低東北高，受湖風、谷風影響，西南風較大，11時u正距平西風達0.40 m·s-1，09時v負距平南風達-0.52 m·s-1；午后受湖面反光增溫效應、岳陽城市熱島效應和南湖北陸大地形影響，該站附近氣溫逐漸轉為南高北低，v正距平北風午后到傍晚十分明顯，18時高達0.92 m·s-1，從圖10可以看出，穆湖鋪站實際上以南偏東風為主，白天出現弱西風，下午到初夜南風明顯減小，南風風速大小的日周期性變化明顯。

3.2.5 湖心

湖心煤炭灣、扁山站（圖10）逐時平均u的日振幅分別為1.74、1.36 m·s-1，全日平均值為-0.16、0.65 m·s-1，即煤炭灣為弱東風、扁山為西風；日變化有較明顯的規律性，煤炭灣09—18時為正距平，扁山23—11時為正距平。逐時平均v的日振幅分別為2.76、3.39 m·s-1，全日平均值為明顯的南風-3.0、-1.88 m·s-1，日變化規律相似，11—21、10—19時為正距平。由于煤炭灣東南部為距東洞庭湖較近的麻布大山丘陵山脈主體，故白天湖風、谷風疊加形成西北風， 13時u正距平西風達0.99 m·s-1，16時v正距平北風達1.58 m·s-1，夜晚則轉為東南風，負距平均較小，即陸風、山風較小。由于扁山站西部為寬廣湖面，北偏西部為扁山小島、東部為南湖、東北部為岳陽市區、東南部為南湖新區，受南湖水體及城市熱島效應等綜合影響，扁山站東西向溫差較小，湖陸風較弱；由于扁山東偏北部到南湖之間有甑璧山、月山等較小范圍丘陵，東南部為大范圍丘陵山脈，且距離陸地較煤炭灣近，因此上午湖風與谷風疊加形成西北風，出現時間較煤炭灣早；下午甑璧山、月山、扁山島等小范圍丘陵東側背陽面氣溫下降較快，西南部湖心氣溫上升，扁山站氣溫東北低、西南高，山風與陸風疊加形成東北風，17時u負距平東風達-0.82 m·s-1，v正距平北風達1.53 m·s-1。從圖10可見，煤炭灣站實際湖陸風轉換明顯，扁山站僅17—18時出現弱東風（陸風）；湖心南北距平風變化明顯，實際表現為南風風速晝小夜大。

3.2.6 測風塔

測風塔風速（圖1 1）u分量白天為西風，10～60 m高度維持約14 h，200 m高度維持7 h；湖風（西風）隨高度先增大后減小，午后14時60 m最大為1.85 m·s-1，200 m上空仍有1.04 m·s-1。夜晚60 m以下風速較小，200 m上空則為明顯的東風（陸風），21時達2.15 m·s-1。近地面東風較弱的主要原因是湖東七里山丘陵、高樓大廈等建筑物、樹木植被等阻擋摩擦造成的。風速v分量下午至初夜正距平較強，峰值出現在18—19時，200 m上空更加明顯，19時正距平北風高達1.49 m·s-1。大橋西側測風塔10～60 m正距平北風峰值主要和東洞庭湖主體位于測風塔以南、湖面反光增溫效應致使氣溫南高北低有關；大橋東岸200 m測風塔南部為岳陽市區，傍晚18—19時下班交通高峰、晚餐烹調高峰等疊加形成城市熱島高峰，加之東洞庭湖主體位于測風塔西南以及湖面反光增溫效應，致使測站附近氣溫南高北低顯著，因此200 m正距平北風最大峰值出現在19時，12時、14時為城市熱島效應高峰，亦出現相應峰值。夜晚60 m高度以下v風速隨高度波動加大，200 m上空為明顯的南風，03時達-4.86 m·s-1。

(b) 穆湖鋪u v u全日平均值v全日平均值

0 4 8 12 16 20時間(c) 煤炭灣u v u全日平均值v全日平均值

時間(d)扁山u v u全日平均值v全日平1-1-3-5

圖10 2017年8月4—23日東洞庭湖南部、北部、湖心逐時平均風速日變化Fig.10 Diurnal variation of hourly average wind speed in the south, north, lake center of East Dongting Lake during 4 August to 23 August 2017

3.2.7 不同位置湖風的差別

通過比較各個站點的逐時風日變化可知，地理環境差異越明顯，其湖陸風效應越顯著，如東洞庭湖東部為丘陵山區，西部為湖區，因此東北方向的岳陽、南湖、穆湖鋪、煤炭灣站與洞庭湖大橋測風塔等站湖陸風顯著，其他方向則不太明顯；地理環境復雜，其湖陸風效應相應也變得復雜，測站附近小微尺度水體、山丘、建筑物與植被等都可能造成較大影響，如隆慶蓮場、良心堡、扁山、鹿角與漉湖站等，需要進行實地考察分析研究，才能了解其真實成因。

測站越高、探測環境越開闊，風速越大，如煤炭灣、扁山、岳陽站與大橋東岸200 m測風塔等；湖面上空風速大小隨高度呈波動性變化（表2），與劉電英等[4]研究結論相似。

表2 洞庭湖大橋測風塔各高度風速（單位：m·s-1）Table 2 Wind velocities at different heights of wind tower of Dongting Lake Bridge (unit: m·s-1)

3.3 相對濕度

從圖12可以看出，湖面上空逐時平均相對濕度差異明顯，大橋西側測風塔位于洞庭湖出口西側蘆葦灘中，距離濕地10 m，西部為長江彎道水面，因此相對濕度最大；七里山船舶站位于大橋東側船舶頂上，距離水面約10 m，東南部靠近陸地及岳陽市區，相對濕度較?。幻禾繛撑c扁山站位于湖心燈塔上，距離水面二十余米，相對濕度最小，20時煤炭灣與測風塔濕度相差最大達13.3%，11時相差最小為7.5%。這表明湖面相對濕度隨高度增加迅速減小；受湖陸風環流等影響，白天濕度下降，下午最??；夜晚濕度上升，凌晨濕度最大。

岳陽站受湖陸風與城市建筑影響明顯，白天湖風（西風）控制時相對濕度明顯大于遠離湖區的臨湘與華容站，晚上陸風控制時，因城市建筑物、道路固化、植被與水體較少，導致濕度明顯偏小。鹿角站西部為洞庭湖，東南部、東北部亦有較大面積池塘水體，因此相對濕度始終較大。

圖11 2017年8月4—23日洞庭湖大橋測風塔逐時平均風速日變化Fig. 11 Daily variation of hourly average wind speed in wind tower of Dongting Lake Bridge during 4 August to 23 August 2017

圖12 2017年8月4—23日東洞庭湖區逐時平均相對濕度日變化Fig. 12 Diurnal variation of hourly average relative humidity in East Dongting Lake area during 4 August to 23 August 2017

4 小結與討論

1）岳陽站存在明顯的湖陸風，夏季最強、春季次之，冬季最弱；受城市熱島效應疊加影響，夏、秋、冬季最強湖風出現在中午前后。由于城市熱島效應等，岳陽站午后到傍晚存在南北風距平轉換，春夏季出現實際南北風風向轉變。岳陽站湖風大小和南風頻率正相關，城市熱島和湖風頻率正相關，湖陸風與城市熱島效應相輔相成。

2）湖心與周邊陸地水平溫差存在晝夜反轉現象，湖心氣溫日較差小，周邊陸地氣溫日較差大。湖面反光增溫效應致使一定時空范圍內氣溫上升。湖面上空氣溫白天隨高度逐漸降低，中午前后降溫幅度最大，夜晚出現明顯的逆溫層，這表明湖面上空白天為下沉氣流，夜晚為上升氣流。

3）夏季湖陸風明顯，受洞庭湖東部大范圍丘陵山脈影響，東北部更加顯著。洞庭湖大橋附近上空東西向湖風隨高度先增強后減小，60 m高度最強；南北方向城市熱島與湖面反光增溫效應疊加影響隨高度上升逐漸明顯，200 m高度更加顯著，12時、14時、尤其是18—19時城市熱島效應高峰得到清晰展現。

4）湖面相對濕度隨高度迅速減小，湖心相對濕度較大，湖邊相對濕度較??；岳陽站受湖風與城市干燥環境交替影響，白天相對濕度偏大，夜晚相對濕度偏??；鹿角站周邊水體較多，相對濕度始終偏大。測站氣象要素演變受附近小微尺度水體、山丘、建筑物、樹木植等影響較大。

致謝：湖南省益陽市氣象局楊令女士、華容縣氣象局侯勇軍、蘇韜先生以及謝學武先生等提供相關資料，英國考文垂大學李福嘉博士為本文整理相關資料，在此特表感謝。