李唐孟卓 哈菲莎 马福云 卜樊钰

摘要 收集了2015—2020年新疆奇台县21个气象测站逐小时的平均风向风速、日最大风速风向资料，分析了奇台县近地面风向、风速的日、月变化，以及季节变化和年际变化特征，结果表明：（1）奇台县近地面风向受地形影响较大，总体呈现冬半年盛行偏东风，夏半年盛行偏西风;冬季多静风，多个气象测站出现昼夜反向风现象。（2）奇台年均风速为2.60 m/s，偏北地区存在风速大值区，在时间序列上呈现逐年波动下降的趋势。（3）奇台县统计序列内偏北地区极大风速值高于南部，且夜间出现的极大风速值大多高于白天;大风日数出现多集中于春、夏两季，冬季因近地面大气层结较为稳定，除恐龙沟以外，基本没有大于8级大风的统计站点。

关键词 风速;风向;时空分布;统计分析

中图分类号：P412.16 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）12–0035–03

近地面风指距离地面10 m高度的风向、风速，风作为最基本的气象要素之一，对奇台县及沿天山北麓的昌吉地区风场的研究很多，但大多集中在国家基准（基本）站的基础上，研究范围广，站点稀少，网格精度不高，需要了解奇台县范围内近地面风地时空分布特征[1]。

1 观测资料和方法

1.1 资料来源

气象数据均来自新疆奇台县辖内气象站2015—2020年逐时、逐日平均风速、风向观测统计资料。以每日20：00为日界，统计分析了奇台县近6年平均风向风速的空间分布和季节性变化。通过初步数据质量控制可参考测站共计21个，包括2个国家基准气候站（奇台、北塔山）和19个区域自动站。分析过程中将当年3—5月定义为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月—翌年2月为冬季。冬半年和夏半年的划分参考北半球，将同年4—9月归为夏半年，其余月份为冬半年。

1.2 数据质量控制

对获取的21个测站2015—2020年逐时资料进行质量控制，统计北京时间日界内（21：00～次日20：00）存在缺测时次达10 h及以上，则该日不参与数据统计，反之若该日缺测时次小于10 h，则有数据时次参与当天统计，出现的数据分析统计均经过上述质量控制，并在合理范围内进一步分析选取8个测站。

1.3 数据处理方法

借助SPSS、ArcGIS和Origin等软件，通过数理统计的方法，统计2015—2020年逐小时、逐日风速和风向数据，选用风速距平来表现不同地段风速与背景风速之间的变化，为使结果变得更加直观，该计算结果均以百分数形式表现[2-4]。距平百分比计算公式：

（1）

式中Ka为距平百分比，Va表示统计周期内各年平均风速，a为统计周期内年份排序，取值为1，2，…，6;是2015—2020年年平均风速，式（1）中出現的所有风速数据均以m/s为单位。

2 结果与分析

2.1 风向的时空变化特征

奇台县内地形复杂多样，纵横跨越3个经纬度，北至北塔山边境，南部以天山为界，形成两边高、中间低的凹型结构，海拔高度落差近1 500 m。位于南部山区的刀条岭、吉布库和半截沟站内冬半年和夏半年盛行风向较一致，受山脉影响，自南向北海拔变低，风向由东北沿顺时针方向转为西南;中部平原区和北部戈壁山地区测站因受地形影响较小，在高空不同性质气团的控制下冬、夏半年风向均有不同程度的变化，较为明显的奇台和北塔山两站，风向角度差分别达到112.5°和135°。总体来看，奇台县冬半年盛行偏东风，夏半年盛行偏西风（图1）。

表1统计了近6年奇台县8个站点包含静风在内的月地面最多风向，高频次静风多出现在冬季，以恐龙沟、西地和西北湾站表现更加明显，其中西北湾的冬季静风频率达到26%。4—5月和10月前后处于奇台县风向转变的过渡时段，进入春季，县内背景风向就逐渐由偏东风转为偏西风，至6月入夏后，除半截沟、刀条岭、吉布库等山区测站因地形作用而大尺度风的传播受到一定程度的影响，其他测站多表现为偏西风。

对比8个站点逐小时平均风速时发现，奇台县近地面风向多呈现昼夜反向特征。00：00（夜间）前后各站风向多为偏东风，14：00（白天）风向多集中于270°～360°范围，以西北风为主。这个结果与李振朝等[5]研究发现河西绿洲的部分台站风向存在昼夜反向情况相同，进一步验证了苏从先等[6]提出的因绿洲与戈壁滩或者沙漠下垫面热力学性质不同，白天升温时，绿洲因升温弱于戈壁或者沙漠而形成“冷岛”。类似于山谷风的原理，奇台县位于准噶尔盆地东南缘，西北方大片沙漠与其形成了完整的环流，从而导致存在昼夜反向风。

2.2 风速时空变化特征

据统计近50年来全国范围内的平均风速呈现出明显减弱的趋势，以西北地区最为明显。查阅资料发现20世纪末奇台县年均风速为2.80 m/s，截至2020年年底，奇台县城年均风速仅为1.86 m/s，风速值较20世纪末偏小34%。

图2统计了2015—2020年奇台县21个测站6年的平均风速数据，背景年均风速为2.60 m/s，偏北地区存在风速大值区，以恐龙沟为代表，该站年均风速超过同期均值63%，为县内观测站点中年平均风速最大站点，南部近山区风速近平均值略偏高;中部平原地带出现风速低值区，围绕奇台县城范围站点风力均较同期均值偏低，其中奇台年均风速仅为1.88 m/s，较背景同期均值偏少28%。

对本次选用的8个站点风速数据进行日变化和季节变化的统计，从图3中可见奇台、恐龙沟春季平均风速高于夏季，吉布库春季风速均值（2.08 m/s）远远超过其他季节，其他测站均以夏季平均风速为最大，除吉布库以外其他站点冬季风速较其他季节整体偏小。从单个站点来看，北塔山和恐龙沟各季风速较其他站点值均偏高，自北向南呈现阶梯性减弱的趋势。图4中通过统计处理逐小时风速，以上8个站点均表现出不同程度的双峰双谷分布，波峰集中出现在00：00～03：00和16：00～18：00两个时段，为风速的2个大值区，低值峰谷分别出现在每日09：00和21：00前后。半截沟的日平均风速变化幅度最大，为1.59 m/s，日变化幅度最小的是吉布库，差值仅为0.44 m/s。

2.3 大風日数与极大风速

根据定义将出现瞬时风速≥17.2 m/s（8级）的日数定义为1个大风日，表2中统计了近年来各站出现大风日数的年均值。恐龙沟四季均有大风天气出现，以春、夏季最多，秋季略少，冬季次之，该地区多为戈壁滩地貌，因无高大树木与建筑物阻挡也使得风力猛烈而持续;其他各站点冬季均几乎无达到8级或8级以上的天气，其中半截沟站出现大风日数天数最少[7-8]。

2015—2020年间统计发现小时内极大风速极值出现在恐龙沟站2020年8月25日21：00为31.4 m/s，小时内最多风向为偏北风，西北湾也于2015年春季出现11级大风（30.7 m/s），其他统计站点均无超过30 m/s的大风日数。从地理位置来看，整体呈现出西北部戈壁区为风速极大值区，最北部北塔山高山牧场区为次大值区，中部及偏南平原地区风力偏低，南部天山北麓近山区极端大风风速最小。在这个过程中发现奇台县各站近地面出现大风天气多为偏西风，奇台、北塔山和恐龙沟与西地近地面风速极值出现在夜间（21：00～次日08：00），半截沟、西北湾和吉布库与刀条岭站点观测小时风速极值多出现在白天（09：00～20：00），且夜间出现的大风极值普遍高于白天，平均偏高15%[9-10]。

3 小结与讨论

通过收集和整理奇台2015—2020年多个测站的逐时、逐日风速、风向数据的收集整理，分别统计分析了全年、不同季节、不同时段的风速变化以及风向变化的特征。

（1）奇台县近地面风向受地形影响较大，南北地区风向多有变化，总体来说奇台县冬半年盛行偏东风，夏半年盛行偏西风;冬季多静风，恐龙沟、西地等中部及偏北地区更加明显，南部山区年盛行风向无较大变化;因受“冷岛效应”引起的局地环流，奇台多测站出现昼夜反向风的现象。

（2）奇台县年均风速为2.60 m/s，偏北地区存在风速大值区，围绕奇台县城范围站点风力均较同期均值偏低，其中奇台站年均风速仅为1.88 m/s，并呈现逐年波动下降的趋势。

（3）奇台县偏北地区易出现大风天气，更多集中在春夏季节，冬季基本没有出现大风;统计时段内极大风速出现日也在地理位置上自北向南呈现波动减弱的趋势，偏北地区极值出现时段夜间多于白天，偏南地区则与之相反。

参考文献

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[3] 姜莹莹，鄂崇毅，侯光良，等.青藏高原东北部地面风时空分布特征研究[J].青海师范大学学报（自然科学版），2015（1）： 62-70.

[4] 王亚斌.塔克拉玛干沙漠南缘地表风特征研究[D].成都：四川师范大学，2018.

[5] 李振朝，韦志刚，高荣.近50年河西绿洲地面风的时空变化特征[J].高原气象，2004，23（2）：259-263.

[6] 苏从先，胡隐樵，张永丰，等.河西地区绿洲的小气候特征和“冷岛效应”[J].大气科学，1987（4）：390-396.

[7] 郭海宇，陈华忠，汤翔宇，等.湖南省风的时空分布特征及大风概念模型研究[J].中低纬山地气象，2019，43（4）：55-59.

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[9] 俞海洋，李婷，陈笑娟，等.河北省近30年大风时空分布及成灾特征分析[J].灾害学，2017，32（2）：59-63.

[10] 王玉竹，闫浩文，王小平，等.新疆大风集中程度时空特征分析[J].干旱区地理，2020，43（3）：623-632.

责任编辑：黄艳飞

Statistical Analysis of Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Near Surface Wind in Qitai County

LI Tang-mengzhuo et al（Qitai County Meteorological Bureau， Qitai， Xinjiang 831800）

Abstract Hourly average wind direction and wind speed， daily maximum wind speed and wind direction data of 21 meteorological stations in Qitai county of Xinjiang from 2015 to 2020 were collected， and the diurnal and monthly variation， seasonal variation and interannual variation characteristics of near surface wind direction and wind speed in Qitai county were analyzed. The results show that： （1） The wind direction near the surface in Qitai county was greatly affected by topography， prevailing easterly in winter half year and westerly in summer half year. In winter， there are still winds， and many weather stations have reverse winds. （2） The average annual wind speed of Qitai was 2.60 m/s， and there was a large value area of wind speed in the northern part of qitai， which showed a trend of fluctuation and decline year by year in time series. （3） The maximum wind speed in the northern part of qitai county was higher than that in the south， and the maximum wind speed in the night was higher than that in the daytime. The occurrence of gale days mainly occurs in spring and summer. In winter， due to the relatively stable atmospheric structure near the surface， there are almost no statistical stations with gale greater than force 8 except dinogou.

Key words Wind speed; Wind direction; Temporal and spatial distribution; Statistical analysis