深圳地區(qū)近10年來的風候特征分析

深圳地區(qū)近10年來的風候特征分析

大風影響供應鏈安全深圳位于亞熱帶季風氣候區(qū)。廣東省南沿海地區(qū)，海洋性氣候顯著。季風、強對流以及臺風等惡劣天氣帶來的大風常常引起港口集裝箱傾翻,影響船舶靠岸,引發(fā)港口高架作業(yè)安全事故,嚴重干擾了港灣碼頭的正常業(yè)務以及威脅到作業(yè)人員人身安全,給區(qū)域安全生產(chǎn)帶來重大影響。強風是港口碼頭安全作業(yè)、輪船安全行駛的最敏感的致災因素(在港口碼頭的防風管理規(guī)范中的強風多指陣風(臺風、冷空氣及強對流天氣都能給受災地區(qū)帶來大風(1數(shù)據(jù)和方法1.1密度測量及地理位置本論文研究的區(qū)域主要為深圳的沿海地區(qū),包括6個沿海自動站:背仔角、鹽田港、東角頭、蛇口碼頭、左炮臺和媽灣港;為與深圳其他地區(qū)進行對比分析,本研究還選取分析深圳國家基本站竹子林站和龍崗基地自動氣象站。8個自動站的詳細信息及地理位置見表1及圖1。本文選取的數(shù)據(jù)為深圳地區(qū)自動氣象站的小時觀測數(shù)據(jù),由深圳市氣象局提供。自動氣象站數(shù)據(jù)的更新頻率為每分鐘,即分鐘數(shù)據(jù)。該分鐘數(shù)據(jù)中包含即時3s平均風,1、2和10min平均風,以及過去1h內(nèi)最大10min平均風和過去1h內(nèi)最大3s平均風。歷史小時數(shù)據(jù)是在自動站每分鐘輸出的數(shù)據(jù)基礎上經(jīng)過計算處理而得。本研究使用的數(shù)據(jù)為小時內(nèi)最大10min平均風速(小時最大風速)和小時內(nèi)最大3s平均風速(小時極大風速)。表1顯示了各氣象臺站開始業(yè)務運行的時間,因各站數(shù)據(jù)長度不同,本研究選取2007年6月1日至2017年6月1日共11年數(shù)據(jù)進行分析計算。1.2風玫瑰圖的陣風特性根據(jù)蒲福風級標準,3級風以下,無論是對海洋的船舶運行,還是對陸地的人群活動,影響都很小(由于大陸和海洋在一年之中增溫和冷卻程度不同,風向會隨季節(jié)的變化而有規(guī)律的改變(本文將利用風玫瑰圖對各站的陣風大小及方位進行分析描述。風玫瑰圖也叫風向頻率玫瑰圖,它根據(jù)某一地區(qū)多年統(tǒng)計的各個風向和風速的值進行繪制,玫瑰圖上所表示的風向(即風的來向),是指從外面吹向地區(qū)中心的方向。按照笛卡爾坐標系,0°為正北風,90°為正東風,等。玫瑰葉瓣長度為陣風的大小。風玫瑰圖長期以來在氣象服務信息系統(tǒng)中得到廣泛應用(陣風系數(shù)被定義為瞬時風與持續(xù)風力的比值(式中,GF為陣風系數(shù);G為陣風風速(單位:m·s2結果與分析2.1不同天氣時的最大陣風按照第1.2節(jié)中介紹的方法,各站歷史數(shù)據(jù)中先剔除10min平均風速<5m·s與東部海濱氣象站相比,位于西部海濱的MWG、SKMT、ZPT氣象站的大風無論是頻率還是風速都小于東部的海濱氣象站,這是因為西部海濱各站的東南方向有香港島存在(為了更進一步地把多年間各氣象站在不同季節(jié)因為不同的天氣過程所引發(fā)的最大三個陣風風速篩查出來,設定這三個最大陣風值間隔必須為24h以上,即為受不同的天氣系統(tǒng)影響。以YTG夏季為例,經(jīng)計算,多年來最大三個陣風皆為2012年7月24日因臺風韋森特引發(fā),此天氣過程只保留最大的陣風觀測,即2012年7月24日02時的陣風值35.7m·s從圖3可以看出,各臺站在夏、秋季受臺風影響的最大陣風普遍大于冬春之際受冷空氣影響的最大陣風。8個氣象站中,BZJ站四季最大陣風較其他氣象站風力普遍要大,YTG夏季與秋季受臺風影響時的陣風大小與BZJ相當,歷史最大陣風都有12級以上;但是在冬春之際,YTG的風力影響明顯小于BZJ。BZJ冬春季節(jié)最大的三個陣風都為北風,是冬春之際冷空氣影響的典型方向特征;BZJ、YTG夏秋之際的最大陣風,有北風也有南風,這是與臺風不同的位置以及氣象站本身的地理環(huán)境有關。臺風登陸前,臺風低壓區(qū)在海洋上;臺風登陸后,低壓區(qū)會位于各氣象站的北部,因此臺風引發(fā)的氣象站的風力方向會發(fā)生變化。比較沿海氣象站,內(nèi)陸站LGJD、ZZL四季的風影響稍小(與圖2結論一致)。ZZL雖然沒有鄰海,但距離海岸線不遠(圖1),因此在夏秋之際,也可能受臺風影響,出現(xiàn)大風。2.2不同天氣過程的最大平均風按照第1.2節(jié)中介紹的方法計算各氣象站不同季節(jié)的陣風系數(shù),各站四季的陣風系數(shù)見圖4。進一第2期步,計算各站不同季節(jié)陣風系數(shù)的90%,50%,10%分位數(shù)(圖5)。在醫(yī)學、環(huán)境及氣象領域,常常計算數(shù)據(jù)樣本的10%,50%,90%百分位數(shù)來代表樣本的最小值、中間值及最大值的統(tǒng)計特征(從前面計算得到各站陣風中,BZJ與YTG的陣風最大,通過陣風系數(shù)計算,得到鄰海最近的YTG的陣風系數(shù)最小。進一步比較BZJ與YTG歷史各季節(jié)不同天氣過程的最大三個平均風值(圖6)?？梢钥闯?歷史上兩個臺站的最大平均風均發(fā)生在夏季,其次為秋季,即因臺風引發(fā)的最大平均風大于冬、春季因季風或強對流天氣引發(fā)的最大平均風。YTG因臺風原因造成的最大平均風一般來講大于BZJ的最大平均風;而冬、春季,BZJ的最大平均風則大于YTG的最大平均風。BZJ與YTG夏秋之際因臺風影響的最大平均風分別達到9級和10級。2.3強天氣陣風特征從前文分析中可見,各站在夏、秋季臺風條件下,YTG具有最大的陣風及平均風,而在冬、春季,BZJ具有最大的陣風和平均風。本節(jié)分析在臺風、冷空氣及強對流天氣極端個例條件下的YTG和BZJ的陣風、平均風時間序列,并選擇ZZL作為內(nèi)陸代表站進行比較,得到不同下墊面環(huán)境條件下氣象站的陣風、平均風及陣風系數(shù)特征。YTG最大陣風發(fā)生在2012年7月24日02時,為35.7m·sBZJ從有氣象記錄以來冬春之季的最大陣風發(fā)生在2010年12月16日06時,為36m·s2013年5月21日前后的強雷雨是深圳近年來最強的過程之一。20-22日,受到切變線影響,深圳全市普遍出現(xiàn)暴雨降水過程,并伴有雷暴,雷雨時普遍記錄到8～9級短時陣風。圖7c顯示了強天氣發(fā)生期間(20日00時至23日00時)BZJ、YTG和ZZL的平均風、陣風和陣風系數(shù)的變化情況。從圖中可以看到,本次強天氣過程平均風序列和陣風序列存在兩個峰值,分別發(fā)生在20日1720時和21日12時。強天氣不僅在沿海站點引發(fā)強風(YTG最大陣風為22.1m·更進一步繪制了三個不同天氣過程中全深圳市各站的最大陣風空間分布(圖8)。從圖中可以看出,三種天氣條件下,深圳地區(qū)最大風影響:臺風>冷空氣>強對流。雖然風力分布不是完全相同,但是在臺風和冷空氣條件下,最大陣風的發(fā)生地點都是在東部沿海和高地地區(qū);在強對流天氣條件下,最大陣風的發(fā)生地點則在中部地區(qū)零散分布,非常具有隨機性,不一定是發(fā)生在東部沿海和高地區(qū)域,因此,強對流天氣下的風力定時定點精細化預報難度大。3陣風風影響分析本研究基于深圳地區(qū)不同地域分布的BZJ、DJT、MWG、SKMT、YTG、ZPT、LGJD、ZZL8個自動氣象站2007年6月1日至2017年6月1日11年的小時觀測數(shù)據(jù),分析討論了不同季節(jié)條件下各站的陣風大小及方位特征;并計算不同季節(jié)條件下各氣象站的陣風系數(shù),分析不同下墊面對陣風系數(shù)的影響。研究結果發(fā)現(xiàn),8個氣象臺站在夏、秋季受臺風影響的最大陣風普遍大于冬春之際受冷空氣影響的最大陣風;各站中,位于深圳東部沿海的BZJ與YTG是各站中大風頻次最多的臺站。BZJ各季節(jié)中的陣風比其他站普遍要大,其次為YTG;YTG夏、秋季受臺風影響時的陣風大小與BZJ相當,歷史最大陣風都達到12級以上;但是在冬春之際,YTG的風力影響明顯小于BZJ。相比沿海氣象站,內(nèi)陸站LGJD、ZZL四季的風影響稍小。另一方面,通過陣風系數(shù)的計算表明,各臺站中,距離海岸最近的港口碼頭氣象站,YTG、MWG、SKMT具有最小的陣風系數(shù);隨著離海岸距離的增加,單位面積下墊面的摩擦系數(shù)也會隨之增加,陣風系數(shù)變大。比較陣風大風頻率高的YTG與BZJ,BZJ的陣風系數(shù)要大于YTG,即BZJ的大風比YTG更具陣性的特點;夏秋之際,受臺風影響下,YTG的平均風會稍大于