于洲，張文萌，符靖茹，陳辰

（1.湛江市氣象局，廣東湛江 524000；2.佛山市氣象局，廣東佛山 528000）

雷州半島地處低緯，三面環(huán)海，海洋資源豐富是其最突出的發(fā)展優(yōu)勢［1］。沿海地區(qū)的風(fēng)浪是影響旅游、生產(chǎn)生活、資源開發(fā)的重要因素，因而掌握其風(fēng)場的變化特征，需求迫切［2-4］。近年來，對于廣東沿海、南海周邊海域風(fēng)場研究較多。齊義泉等［5］利用衛(wèi)星高度計資料，得出南海風(fēng)場全年月平均風(fēng)速分布特征為，東北季風(fēng)期較大、冬季風(fēng)向夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換的時期較小；宋麗莉等［6］將遙感資料應(yīng)用于海面風(fēng)場的研究中，對廣東沿海近地層大風(fēng)特征進行分析，發(fā)現(xiàn)廣東沿海出現(xiàn)的8級以上大風(fēng)，多由熱帶氣旋引發(fā)，且不同天氣系統(tǒng)所造成的大風(fēng)陣性系數(shù)具有明顯的差異；王靜等［7］利用海島站和常規(guī)站資料分析海南島沿海風(fēng)場特征，得出大部分站點夏季風(fēng)速最弱，春、冬季常出現(xiàn)最大風(fēng)速，沿海風(fēng)速南部大于北部，東部大于西部；廖菲等［8］利用南海北部的浮標(biāo)、石油平臺站點的海面風(fēng)資料，發(fā)現(xiàn)對于與海岸距離較近的區(qū)域，海面風(fēng)速分布基本符合雙參數(shù)的Weibull分布，而對于100 km以外的海域，則與Weibull分布存在明顯差異。目前，對于雷州半島沿海風(fēng)場特征的研究仍然較少。對于沿海風(fēng)力的預(yù)報來說，在所有可利用的方式中，利用常規(guī)沿海或海島自動站數(shù)據(jù)是最直接的方式，因此，本研究通過分析雷州半島東部沿海海島自動站近4年的觀測資料，以得到雷州半島東部沿海風(fēng)的時間變化規(guī)律，同時選取熱帶氣旋、冷空氣引起的海面大風(fēng)個例，分析沿海的大風(fēng)天氣特征，為湛江海洋氣象臺預(yù)報服務(wù)以及為湛江海洋經(jīng)濟發(fā)展提供參考。

1 資料與方法

數(shù)據(jù)選取湛江市硇洲島自動站（海島站，海拔高度62 m，地勢平坦，無建筑物遮擋）的2015年1月—2018年12月共4年的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)頻率為1 h 1組，包含平均風(fēng)速和風(fēng)向、最大風(fēng)速和風(fēng)向、極大風(fēng)速和風(fēng)向。站點數(shù)據(jù)維護良好，數(shù)據(jù)完整性強，輸出數(shù)據(jù)已經(jīng)過篩選，數(shù)據(jù)缺測率為0.54%。本研究中出現(xiàn)的某年的冬季為該年的12月至次年1、2月，春季為3到5月，夏季為6到8月，秋季為9到11月。大風(fēng)天氣定義為所選取的觀測站當(dāng)天內(nèi)最少出現(xiàn)一次6級或以上最大風(fēng)速（5 min），則定義該日出現(xiàn)大風(fēng)天氣［9］。

各時次的多日平均風(fēng)速為

2 風(fēng)的變化特征

雷州半島東部沿海風(fēng)的變化，同時受到背景風(fēng)場和海陸效應(yīng)的影響。當(dāng)背景風(fēng)較強時，沿海風(fēng)取決于背景風(fēng)的風(fēng)向和風(fēng)速；而當(dāng)背景風(fēng)不明顯時，海陸效應(yīng)起主導(dǎo)作用，即夜間以陸風(fēng)為主，午后轉(zhuǎn)為海風(fēng)，風(fēng)速大小跟海陸效應(yīng)強弱有關(guān)［10-11］。

2.1 平均風(fēng)速變化

1）年變化。

統(tǒng)計可知，硇洲島站2015—2018年的多年年平均風(fēng)速為3.3 m／s，其中，2017年最大，為3.4 m／s，2016年和2018年最小，為3.2 m／s，二者差值為0.2 m／s。

2）月變化

如圖1所示，平均風(fēng)速的月際變化特征明顯，即冬季月份的平均風(fēng)速最大，夏季月份最小，春秋季月份介于兩者之間。具體從各月來看，1月風(fēng)速最大，為4.4 m／s，8月風(fēng)速最小，為2.4 m／s，相差2 m／s。從各月平均風(fēng)速變化趨勢來看，1—5月逐漸減小，5—8月基本維持3 m／s左右的較小風(fēng)速，8到12月則呈現(xiàn)明顯增大趨勢。

圖1 2015—2018年月平均風(fēng)速變化

全年各月的風(fēng)速上限值變化特征，基本跟各月的平均風(fēng)速變化一致，而各月風(fēng)速的下限值除了7—10月呈現(xiàn)出逐漸減小的明顯變化趨勢之外，其它各月均維持在1 m／s左右。分析冬季風(fēng)速大、夏季風(fēng)速小的明顯變化特征，可以看出，雷州半島東部沿海的月平均風(fēng)速的大小，與冷空氣強度和頻率呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系；雷州半島夏秋季常出現(xiàn)海上強對流、西南季風(fēng)爆發(fā)、熱帶氣旋等易引起海上大風(fēng)的系統(tǒng)，特別是全年最大風(fēng)速往往是由臺風(fēng)引起的，但相對于冬季最為頻繁且持續(xù)時間較長的冷空氣所引起的海面大風(fēng)，其出現(xiàn)頻率低，持續(xù)時間短，對于月均值貢獻不夠，因而，與冷空氣出現(xiàn)頻率和強度的變化一致，冬季風(fēng)速要明顯大于夏季。

3）日變化。

平均風(fēng)速的日變化特征明顯，如圖2所示，其日變化幅度較小，維持在3～4 m／s之間，呈現(xiàn)出中間高兩頭低的形狀，即正午前后的風(fēng)速較大，而夜間到次日早上風(fēng)速較小。00：00（北京時，下同）前后平均風(fēng)速最小，且風(fēng)速的離散度最??；12：00前后平均風(fēng)速最大，且風(fēng)速離散度最大，這主要是由于該時次風(fēng)速上限值較大，統(tǒng)計這個時次的風(fēng)速極值也可以發(fā)現(xiàn)，這個時段較容易出現(xiàn)較強風(fēng)；其它時次平均風(fēng)速基本維持平穩(wěn)值，且風(fēng)速上下限也變化不大。

圖2 2015—2018年平均風(fēng)速日變化

2.2 風(fēng)向分布特征

從2015—2018年的風(fēng)向頻率圖（圖3）可以看出，硇洲島站全年主導(dǎo)風(fēng)向為東南、東北和偏東風(fēng)（圖3a）。而分季節(jié)來看，各季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向差異明顯。春季盛行風(fēng)向為東南、偏東風(fēng)和東北風(fēng)，春季是冬夏季節(jié)的過渡季節(jié)，既有冷空氣引起的偏北、偏東風(fēng)，又有夏季過渡時期東南氣流影響下的東南風(fēng)；夏季主要以東南風(fēng)為主導(dǎo)，此外，還有風(fēng)向頻率相對小很多的偏東和西南風(fēng)，這與雷州半島低層夏季主要受東南氣流影響有關(guān)，夏季常見影響系統(tǒng)還包括西南氣流和東風(fēng)回流，但相對來說，東南氣流影響時段更長；秋季與春季類似，為夏冬季節(jié)的中間過渡季節(jié)，以東北和偏東風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，東南風(fēng)相對頻率較小，秋季前期主要受東南氣流影響，中后期冷空氣逐漸頻繁，東北和偏東風(fēng)的頻率逐漸加大，成為主導(dǎo)風(fēng)向；冬季冷空氣最為頻繁，因此以東北和偏東風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向。

圖3 2015—2018年年平均和各季節(jié)平均風(fēng)向頻率圖

3 大風(fēng)天氣特點

統(tǒng)計2015—2018年的大風(fēng)的各月分布，如表1所示，并逐天分析當(dāng)天引起大風(fēng)的天氣形勢。

表1 2015—2018年大風(fēng)天各月分布 d

3.1 大風(fēng)時間分布特征

4年中共出現(xiàn)33個大風(fēng)天，從天數(shù)的月度分布上看，除了2月份，各月均有6級以上的大風(fēng)天。9月（6 d）和10月（6 d）最多；最少為2月（0 d）和4月（1 d）。

天氣形勢，1—3、11和12月引發(fā)大風(fēng)天氣的主要因素是冷空氣，而4和5月的大風(fēng)則主要是由強對流天氣所引發(fā)，6—10月的大風(fēng)主要是熱帶氣旋所引起的［2］。綜合來看，總計33個大風(fēng)天中，11 d的大風(fēng)是由冷空氣造成的，占總大風(fēng)天數(shù)的33.3%；16 d的大風(fēng)是由熱帶氣旋系統(tǒng)導(dǎo)致的，占總天數(shù)的48.5%；其余6 d的大風(fēng)則是由強對流天氣造成的，占18.2%。由此可知，熱帶氣旋和冷空氣是造成雷州半島東部沿海大風(fēng)兩個主要因素［2］。

大風(fēng)天氣的持續(xù)時間和變化趨勢與影響系統(tǒng)的持續(xù)時間和位置、移動方向息息相關(guān)。從持續(xù)時間上看，強對流天氣所引發(fā)的大風(fēng)，其持續(xù)時間相對較短，與強對流天氣本身生命史較短相一致；而影響時段較長的熱帶氣旋和冷空氣所引發(fā)的大風(fēng)天氣則能持續(xù)較長時間。從變化趨勢上看，強對流天氣所引發(fā)的大風(fēng)，是在短時間內(nèi)迅速增大和減小，大風(fēng)時段短而集中；而熱帶氣旋和冷空氣引發(fā)的大風(fēng)存在逐漸變化的過程，如圖4所示。

圖4 2015年超強臺風(fēng)“彩虹”影響時（a）和2016年冷空氣影響時（b）的風(fēng)速變化

在熱帶氣旋或冷高壓中心距離較遠時，測站風(fēng)力較小，隨著系統(tǒng)的逐漸靠近，風(fēng)速也逐漸增大，達到峰值后，隨著系統(tǒng)的遠離，風(fēng)速逐漸減?。?2］。從圖4中還可以看出，熱帶氣旋和冷空氣影響下的大風(fēng)天氣的不同特征，主要是熱帶氣旋造成的大風(fēng)，其增大和減小的速度比冷空氣所引發(fā)的要更快；熱帶氣旋影響下的大風(fēng)一般是單極值點的；而對于冷空氣來說，過程中可能出現(xiàn)一個或多個大小不一的極值點，相對應(yīng)則是一股或幾股或強或弱的冷空氣的前后補充影響，幾股冷空氣間隔時段的風(fēng)速較小，冷高壓中心移近時風(fēng)速較大。

3.2 大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)分析

陣風(fēng)系數(shù)是描述大風(fēng)陣性特征和相對強度的數(shù)學(xué)統(tǒng)計參數(shù)，目前，我國氣象及風(fēng)電工程領(lǐng)域，常以極大瞬時風(fēng)速與10 min平均風(fēng)速的比值表示陣風(fēng)系數(shù)［13-14］：

其中，vmax為瞬時極大風(fēng)速（m／s）；v為10 min平均風(fēng)速（m／s）。

為計算雷州半島東部沿海大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)，選取4年中熱帶氣旋和冷空氣過程的大風(fēng)數(shù)據(jù)，分別計算熱帶氣旋和冷空氣影響下的大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)。分析可知，熱帶氣旋影響下的平均陣風(fēng)系數(shù)和冷空氣影響下的平均陣風(fēng)系數(shù)分別為1.86和1.64。熱帶氣旋影響下的大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)明顯大于冷空氣影響下的陣風(fēng)系數(shù)，跟宋麗莉等［6］對廣東沿海近地層大風(fēng)特性的觀測分析結(jié)果相一致，即兩類天氣系統(tǒng)影響下的大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)具有明顯的差異。熱帶氣旋所致大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)在1.22～3.83，相差2.61，而在冷空氣所致大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)相差較小，介于1.27～2.44，相差1.17；兩者的標(biāo)準(zhǔn)差相差較大（熱帶氣旋0.36，冷空氣0.21），即熱帶氣旋和冷空氣影響下的大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)的離散度也存在明顯差異，熱帶氣旋樣本明顯大于冷空氣樣本。

4 結(jié)論

1）雷州半島東部沿海的風(fēng)速變化具有明顯的季節(jié)性特征，即冬季月份最大，春秋季月份次之，夏季月份最小，平均風(fēng)速最大值相差2 m／s。

2）日平均風(fēng)速分布呈單峰型，且日較差較小，正午前后風(fēng)速較大，傍晚到次日早上風(fēng)速較??；00：00前后平均風(fēng)速最小，12：00前后最大。

3）全年主導(dǎo)風(fēng)向為東南、東北和偏東風(fēng)，春季以東南、偏東風(fēng)向為主導(dǎo)，夏季則是以東南風(fēng)向為主，秋季主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)和偏東風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)。

4）大風(fēng)天氣最多出現(xiàn)在9—12月和1月份；熱帶氣旋和冷空氣是造成沿海大風(fēng)的主要原因。

5）熱帶氣旋所致大風(fēng)的平均陣風(fēng)系數(shù)和離散度均明顯大于冷空氣樣本的陣風(fēng)系數(shù)和離散度。