大連渤海浮標站與沿岸陸地站風況特征對比分析

蔡冬梅，宋若寧

(1.大連市氣象局，遼寧 大連 116600；2.大連市金普新區氣象局，遼寧 大連 116600)

1 引言

大連市位于中國遼東半島最南端，東瀕黃海，西臨渤海，處于環渤海地區的圈首，環渤海地區位于中國沿太平洋西岸的北部，是中國北部沿海的黃金海岸，在中國對外開放的沿海發展戰略中，占重要地位。環渤海地區擁有豐富的海洋資源、礦產資源、油氣資源、煤炭資源和旅游資源。沿海大風預報與航運、旅游、漁業等息息相關，因此，研究渤海大風的特點，提高海區預報的準確性，對經濟發展及防災減災有著重要的意義。

由于海洋資料獲取難度很大，造成海上氣象要素的預報、研究等方面的困難。近幾年，中國隨著經濟和科技的發展，在海上開始陸續放置了浮標站，雖然數量較少且年限短，且有缺測現象，但得到的觀測資料非常寶貴。國內已有許多學者對浮標站資料進行了研究[1～5]，也有很多專家分析了渤海風況和海陸大風的差異[6～15]。

2 資料來源

本文選取2009年在渤海上投放的54558浮標站的資料進行分析，該站位于渤海中部，120°35′00″E，39°15′00″N(圖1)，能很好地代表渤海的風場情況。根據浮標站的緯度選取大連瓦房店站和旅順站2個渤海沿海站與浮標站進行風力對比分析研究，瓦房店站較浮標站稍偏北，旅順站則在渤海海峽內，兩站均風力較大，可作為海上風力預報參考。

浮標站于2009年7月份開始正常觀測，2010年1～8月份因儀器故障進行維修無觀測資料，9月份恢復正常觀測，本文使用的是浮標站2011～2017年7年風的資料，這段時間海上風的觀測數據連續、完整。浮標站、瓦房店站和旅順站的風資料均來自大連市氣象信息中心。主要分析資料有：月、季平均風速、16方位年最大風速、年最大風向風速及出現時間、大風日數、極大風速風向資料(最大風速是指1 d內10 min 的平均風速的最大值，而極大風速是指1 d內3 s平均風速的最大值)。四季資料以3、4、5月份為春季，6、7、8月份為夏季，9、10、11月份為秋季，12月份～翌年1、2月份為冬季來統計。本文依據蒲福風力表，規定10 min 平均最大風速超過6級(≥10.8 m/s)為大風。大風日數即為出現大風的天數。

由于海陸下墊面的差異等原因,浮標站和沿海自動站觀測的氣象資料必然存在差異(圖1)。差異有多大,相關性如何?本文通過對海陸風的對比分析研究，進而得出海陸風的對應關系，以期為預報員今后利用海中和陸地的加密觀測資料進行海上風的預報提供參考依據。

圖1 浮標站位置分布

3 浮標站風況特征分析

3.1 浮標站風向特征

通過浮標站2011～2017年累年風向玫瑰圖(圖2)可以看出：浮標站主導風向為WSW，次主導風向為N。分析這兩個方向風頻較高的原因為，受地形因素限制少，同時受到海流走向的影響，浮標站所處位置海流主要以WSW及N走向為主。

圖2 浮標站2011～2017年累年風向玫瑰圖

3.2 浮標站風速月變化

圖3為浮標站2011～2017年各月平均風速的變化情況可見，浮標站整體風速偏大，且存在一定的季節變化；10～12月份風速明顯偏大，11、12月份為全年平均風速最大的月份，平均風速均為7.0 m/s，夏季6～8月份平均風速明顯偏小。

圖3 浮標站平均風速月變化

圖4為浮標站逐月大風日數(最大風速≥10.8 m/s的日數)分布圖，趨勢基本與平均風速的變化情況一致。由圖4可知,所有月份均有可能出現6級以上大風，其中，11月份和12月份大風日數最多，平均約為16 d，其次是1月份，平均約為15 d；6～8月份大風日數較少，均在5 d以下。

圖4 浮標站大風日數分布

4 海陸風對比分析

4.1 三站月平均風速特征分析

由三站累年月平均風速變化圖(圖5)可以看出，平均風速最大的站點為浮標站，其各月的平均風速均明顯高于另外兩個站點。3個站點的季節變化相同。對比浮標站與另外2個站的變化曲線，其中，旅順站和浮標站的變化基本一致，1～3月份平均風速呈下降趨勢，4月份達到第一個峰值后再次下降，在8月份平均風速到達最小值，之后再次上升，在11月份達到最大值。而瓦房店站略有不同，1～4月份平均風速呈上升趨勢,最大值出現在4月份，之后開始下降，在9月份平均風速達到最小值，隨后再次上升，11月份后下降。

圖5 2011～2017年累年各月平均風速

3個站的月平均速度曲線均出現兩個峰值，一個最小值，峰值均出現在4和11月份，旅順站和浮標站月平均風速的最小值出現8月份，瓦房店站出現在9月份。旅順和瓦房店2個陸地沿海站月平均最大風速與月平均最小風速相差1.4 m/s，浮標站則相差2.8 m/s。

為進一步分析浮標站與其他兩個站平均風速的關系，對浮標站和瓦房店站、旅順站分別做相關性分析，浮標站與瓦房店站的相關系數為0.013，浮標站與旅順站的相關系數為0.795，這證明旅順站和浮標站在平均風速上確實有著較好的一致性。

4.2 三站大風日數特征分析

由表1可知，2011～2017年浮標站年平均大風日數為131.7 d，浮標站的6級以上大風日數遠遠超過旅順站和瓦房店站，旅順站與瓦房店站的大風日數基本持平，且均在2012年大風日數最多，為15 d，在2017年大風日數最少。浮標站2013年大風日數異常偏少。

表1 浮標站、旅順站、瓦房店站2011～2017年6級以上大風日數 d

三站出現6級以上大風日數的季節變化都十分明顯(表2)，規律卻不相同，浮標站在11、12、1月份大風日數顯著偏多，而旅順站和瓦房店站在春季3～5月份大風日數偏多，三站大風日數偏少的月份均為7月份、8月份(瓦房店站1月、2月大風日數也偏少)。

表2 浮標站、旅順站、瓦房店站2011～2017年各月6級以上大風日數之和 d

4.3 三站最大風速的變化分析

從表3 2011～2017年三站出現的最大風速及風向可以看出：瓦房店最大風速出現在5月份，風速20 m/s，風向NW；旅順最大風速出現在4月份，風速14 m/s，風向NNE；浮標站最大風速出現在12月份，風速25 m/s，風向E。兩個陸地站的最大風速出現在春季，浮標站出現在冬季。

表3 2011～2017年三站出現的最大風速及風向 m/s

4.4 三站最大風速的季變化

從2011～2017年春夏秋冬三站最大風速對比(圖6)來看，除2013年夏季外，浮標站的最大風速均大于旅順站和瓦房店站。旅順站和瓦房店站春季最大風速較其他三季略大，夏秋冬三季最大風速基本持平。而浮標站在四季之中，秋季最大風速最大，冬季次之，春季再次，夏季最小。四季之中，秋季和冬季三個站最大風速的變化基本一致。

圖6 2011～2017年春夏秋冬三站最大風速

4.5 三站極大風速分析

除2017年浮標站極大風速偏大，2個陸地站偏小外，其余6年3個站的累年年極大風速趨勢基本一致，說明兩個陸地站受地形影響并不大，和浮標站具有一致性(圖7)。

圖7 2011～2017年三站年極大風速

浮標站的極大風速在19.9～27.0 m/s之間，瓦房店站的極大風速在16.8～25.9 m/s之間，旅順站的極大風速在16.9～27.9 m/s之間，浮標站的極值略高于兩個陸地站，但差距很小。極大風速季節變化明顯，春季>秋季>冬季>夏季(圖8)。

圖8 2011～2017年三站月極大風速

5 結果與討論

通過對浮標站7年資料的分析，以及和瓦房店站、旅順站的對比，得到以下結論：

(1)受渤海海流影響，浮標站所處位置海流主要以WSW及N走向為主。

(2)浮標站整體風速偏大，且存在一定的季節變化，10～12月份平均風速偏大，6～8月份偏小。所有月份均有可能出現6級以上大風，其中11月份和12月份大風日數最多。

(3)3個站點的平均風速的季節變化相同。旅順站和浮標站在平均風速上存在較好的一致性。旅順和瓦房店兩個陸地沿海站月平均最大風速與月平均最小風速相差1.4 m/s，浮標站相差2.8 m/s。

(4)2011～2017年浮標站年平均大風日數為131.7 d，主要出現在11、12和1月份，遠遠超過旅順站和瓦房店站。旅順站與瓦房店站的大風日數基本持平，兩個陸地站在春季3～5月份大風日數偏多。

(5)浮標站的最大風速出現在冬季，2個陸地站的最大風速出現在春季。

(6)浮標站、瓦房店站、旅順站年極大風速趨勢基本一致，且季節風速變化明顯，春季>秋季>冬季>夏季。