南阳高空边界层风的分析

摘要：本文利用2014-2018年5年的高空气象探测资料，归纳总结出南阳上空海拔6000m以下高空风的变化及分布规律，为进一步做好气象服务和气象科学研究提供更加详尽的技术资料。统计结果显示2000m以下的边界层内无论春夏秋冬风速占比最多的都是3-5.9m/s，风速随着高度升高都有一个逐渐加大然后减小的过程。2000m以上风速逐渐增大，但不同季节增幅不同，冬季最大，夏季最小。同一高度的风速大于10m/s的占比在春季都要大于其它季節。风向在边界层内变化基本符合埃克曼螺线，随着高度升高风向逐渐向右偏转，之后逐渐转入偏西风。在边界层内冬春秋季以东北风居多，夏季则以南风和西南风居多。

关键词：边界层;风向;风速

一切的天气气候的变化都是在空气运动过程中产生的，空气相对地面的水平运动就是气象观测中的风。风是大规模水分、热量的运载着，又能促进不同性质的气团相互接近，相互作用[1]。对高空风分布的特征进行分析对深入研究当地气候形成及演变起到积极的作用。另外，了解当地边界层风的变化规律对于本地上空污染物的扩散方向有了清晰的认识，对于大气污染防治、城市规划以及应急气象服务等均有重要的意义。很多同行和前辈在这方面都有一定的探索[2-5]，但据了解目前还没有利用实时探测资料对南阳上空风的分布规律进行分析研究的。因此，此次对南阳上空高空风的分布特征进行分析是很有必要的。本文利用南阳高空站单站高空风资料，对不同高度层的风向，出现的频次，风速随季节的变化情况进行统计分析。

1.    数据来源与方法

研究数据采用的是南阳高空站2014年 -2018年5年的L波段雷达探测的高空风资料。每天的资料由07时和19时两个正点观测时次获取。L波段雷达是南阳站2005年开始使用的，它具有探测精度高，性能稳定等优点。测风方法是利用雷达实时跟踪升空氢气球下携带的电子探空仪，从而测得每秒钟气球所处的的仰角、方位和斜距，进而可计算出地面至大概35KM范围内各高度层的风向、风速。本次根据需要统计300，400，500，600，700，800，900，1000，1200，1400，1600，1800，2000，3000，4000，5000，6000m，17个高度层的风向、风速，分季节进行统计，每个季节取一个月份数据作为代表。统计的高度层均为距测站的海拔高度，南阳站雷达天线的海拔高度是186m。

2.    统计分析结果

2.1  风速的分布特征

风速是按照1～2.9m/s，3～5.9m/s，6～7.9m/s，8～9.9m/s，大于10m/s五个区间分层进行统计的。统计结果显示，同一季节变化趋势基本相同，所以取一月、四月、七月、十月分别代表冬春夏秋四季。风速随高度的变化分布曲线如下图：冬季在2300m以下风速占比最大的是3～5.9m/s，其次是6～7.9m/s，但在500m以下占比第二大的是风速1～2.9m/s，说明冬季近地面层容易出现较小风速，而冬季又容易出现逆温，不利于大气中污染物的扩散，所以这也是冬季容易出现污染天气的原因。在2300m以上风速大于10m/s的占比迅速加大，到6000m高度已达到97%。春季在3300m以下风速最大占比都是3～5.9m/s，而仅次于此的风速占比是大于10m/s，说明春季低空风比较大。统计结果也显示2000m以下同一高度春季风速最大。

夏季整体来说风速都比较小，在统计的6000m以下基本都以3～5.9m/s的风速为主。秋季和春季的变化趋势接近，只是在低空秋季风速整体小于春季。

五年来300m高度出现的最大风速为18m/s，400m高度出现的最大风速为20m/s，2000m以下的其余各层最大风速都在23～25m/s之间，2000m的最大风速为27m/s。2000m以下的各高度层的最小风速均为静风。以高空气象观测正点时次07时和19时观测的规定高度层的风速平均值作图显示：500m以下风速随着高度升高而增大较为明显，但由此向上至2000m附近无论哪个季节都有一段变化平缓期，这也符合了北半球中纬度地区高空风的变化规律，埃克曼螺线所描述的那样，在较低高度，风速随高度的升高增加很快，随着高度的升高，风速增速缓慢，风向向右偏转。

2.2  风向的分布规律：

2.2.1      同一高度在不同季节风向的分布规律

下图以海拔300m、400m高度为例展示同一高度在不同季节的风玫瑰图。它是以十六方位出现的风向所占的次数为结果显示的。

从图中可以看出，同一高度在不同季节风向的分布是不同的。统计显示在边界层附近差异较大，冬季秋季以东北风和偏东风为主，夏季以西南风为主，春季则以东北和西南居多。3000m以上的高度随四季的变化风向差异逐渐缩小，基本以偏西风为主，只是夏季南偏西，其它季节北偏西。

2.2.2      同一季节不同高度风的变化

从统计结果得出，在冬季1000m以下都是以东北风为主，东东北次之，到1200m风向有一个向右偏转的趋势，是以东东北为主，西西北次之，随后风向开始向北向西偏转，到4000m高度基本都是以西风和西西北风为主了。

春季在1000m及以下各高度风向都是以东北风为主，南西南次之，1200～2000m主要以北东北和东北风为主，随后风向向西偏转，到6000m转为西风为主。

夏季3000m以下的主要风向以南西南和南风为主，随后向西偏转，以西西南为主。次之的风向在900m以下则是以东北或东东北风和南、西南风交替出现，比如300m次之风向是东东北，400m的次之风向为南风，而500m的次之风向又为东北。从数值上来看是交替出现，实际除300m的次之风向以东北风为主之外，其它层次的东北和西南风的占比相差不大。随后向北向西偏转。

秋季600m以下以东北风为主，700～1600m基本以东东北、东风和东北风为主，到1800m转为北风为主，随后向西偏转，4000m开始转为正西风为主。

下圖为一月份风随高度的变化趋势

4.结束语

南阳地处北纬33°03′，属于亚热带季风型大陆性气侯，四季分明，盛行风向有明显的季节变化，边界层低层（300-1000）m风向在冬季和秋季以东北风为主，夏季西南风偏多，春季东北和西南风向所占比例几乎相当，东北风略多。而在上层（1000-2000）m风向秋冬季以北风和西北风为主，春季以北风和东北风为主，而夏季还是以西南风居多，东北风次之。主要由于春季大陆气团逐渐减弱，西南气流不断向北输送，所以南阳春季偏南风增多，但由于受盆地地形影响，还是东北风所占频次略多。而夏季主要受热带海洋气团控制，因而以南风和西南风为主[3]。在边界层内风随高度的变化实际既受摩擦力随高度变化的影响，又受气压梯度力随高度变化的影响，所以风向的变化并不完全符合埃克曼螺线[6]。

以往南阳只有地面风的统计结果，具有一定的局限性，不够全面。现在有了高空风的统计结果，对于当地污染物的排放通道有了更清晰的认识，对于城市通风廊道建设也有积极的意义。对做好气候评价，提供更好的气象服务也有一定的帮助。

参考文献：

[1] 罗汉民，谭克光等，气候学[M]，气象出版社，1980年.

[2] 崔世峰，程正飞，吴月友，安徽省安庆地区高空风特征分析[J]，安徽农业科学，2010年第9 期，5585-5589.

[3] 刘晶，贺俊艳，通辽大气边界层风变化特征[J]，畜牧与饲料科学，2011年第3 期.

[4] 胡轶鑫，刘玉英等延吉市边界层风场特征分析[J]，吉林气象，2013年第4 期，28-32.

[5] 温洛，陈建新，陈燕，南阳市主导风向及风速分布[J]，河南气象，2004年第3 期.

[6] 李爱贞，刘厚凤，气象学与气候学基础[M]，气象出版社，2001年.

作者简介：

张雪玲（1975年3月）女，南阳，本科，职称：副高，研究方向：大气科学，作者长期从事气象观测工作，有丰富的实践经验和理论基础，业务技能在本单位中处于领先水平，参与过多项科研项目，公开发表过多篇论文。