大连渤海浮标站与沿岸陆地站风况特征对比分析

蔡冬梅，宋若宁

(1.大连市气象局，辽宁 大连 116600；2.大连市金普新区气象局，辽宁 大连 116600)

1 引言

大连市位于中国辽东半岛最南端，东濒黄海，西临渤海，处于环渤海地区的圈首，环渤海地区位于中国沿太平洋西岸的北部，是中国北部沿海的黄金海岸，在中国对外开放的沿海发展战略中，占重要地位。环渤海地区拥有丰富的海洋资源、矿产资源、油气资源、煤炭资源和旅游资源。沿海大风预报与航运、旅游、渔业等息息相关，因此，研究渤海大风的特点，提高海区预报的准确性，对经济发展及防灾减灾有着重要的意义。

由于海洋资料获取难度很大，造成海上气象要素的预报、研究等方面的困难。近几年，中国随着经济和科技的发展，在海上开始陆续放置了浮标站，虽然数量较少且年限短，且有缺测现象，但得到的观测资料非常宝贵。国内已有许多学者对浮标站资料进行了研究[1～5]，也有很多专家分析了渤海风况和海陆大风的差异[6～15]。

2 资料来源

本文选取2009年在渤海上投放的54558浮标站的资料进行分析，该站位于渤海中部，120°35′00″E，39°15′00″N(图1)，能很好地代表渤海的风场情况。根据浮标站的纬度选取大连瓦房店站和旅顺站2个渤海沿海站与浮标站进行风力对比分析研究，瓦房店站较浮标站稍偏北，旅顺站则在渤海海峡内，两站均风力较大，可作为海上风力预报参考。

浮标站于2009年7月份开始正常观测，2010年1～8月份因仪器故障进行维修无观测资料，9月份恢复正常观测，本文使用的是浮标站2011～2017年7年风的资料，这段时间海上风的观测数据连续、完整。浮标站、瓦房店站和旅顺站的风资料均来自大连市气象信息中心。主要分析资料有：月、季平均风速、16方位年最大风速、年最大风向风速及出现时间、大风日数、极大风速风向资料(最大风速是指1 d内10 min 的平均风速的最大值，而极大风速是指1 d内3 s平均风速的最大值)。四季资料以3、4、5月份为春季，6、7、8月份为夏季，9、10、11月份为秋季，12月份～翌年1、2月份为冬季来统计。本文依据蒲福风力表，规定10 min 平均最大风速超过6级(≥10.8 m/s)为大风。大风日数即为出现大风的天数。

由于海陆下垫面的差异等原因,浮标站和沿海自动站观测的气象资料必然存在差异(图1)。差异有多大,相关性如何?本文通过对海陆风的对比分析研究，进而得出海陆风的对应关系，以期为预报员今后利用海中和陆地的加密观测资料进行海上风的预报提供参考依据。

图1 浮标站位置分布

3 浮标站风况特征分析

3.1 浮标站风向特征

通过浮标站2011～2017年累年风向玫瑰图(图2)可以看出：浮标站主导风向为WSW，次主导风向为N。分析这两个方向风频较高的原因为，受地形因素限制少，同时受到海流走向的影响，浮标站所处位置海流主要以WSW及N走向为主。

图2 浮标站2011～2017年累年风向玫瑰图

3.2 浮标站风速月变化

图3为浮标站2011～2017年各月平均风速的变化情况可见，浮标站整体风速偏大，且存在一定的季节变化；10～12月份风速明显偏大，11、12月份为全年平均风速最大的月份，平均风速均为7.0 m/s，夏季6～8月份平均风速明显偏小。

图3 浮标站平均风速月变化

图4为浮标站逐月大风日数(最大风速≥10.8 m/s的日数)分布图，趋势基本与平均风速的变化情况一致。由图4可知,所有月份均有可能出现6级以上大风，其中，11月份和12月份大风日数最多，平均约为16 d，其次是1月份，平均约为15 d；6～8月份大风日数较少，均在5 d以下。

图4 浮标站大风日数分布

4 海陆风对比分析

4.1 三站月平均风速特征分析

由三站累年月平均风速变化图(图5)可以看出，平均风速最大的站点为浮标站，其各月的平均风速均明显高于另外两个站点。3个站点的季节变化相同。对比浮标站与另外2个站的变化曲线，其中，旅顺站和浮标站的变化基本一致，1～3月份平均风速呈下降趋势，4月份达到第一个峰值后再次下降，在8月份平均风速到达最小值，之后再次上升，在11月份达到最大值。而瓦房店站略有不同，1～4月份平均风速呈上升趋势,最大值出现在4月份，之后开始下降，在9月份平均风速达到最小值，随后再次上升，11月份后下降。

图5 2011～2017年累年各月平均风速

3个站的月平均速度曲线均出现两个峰值，一个最小值，峰值均出现在4和11月份，旅顺站和浮标站月平均风速的最小值出现8月份，瓦房店站出现在9月份。旅顺和瓦房店2个陆地沿海站月平均最大风速与月平均最小风速相差1.4 m/s，浮标站则相差2.8 m/s。

为进一步分析浮标站与其他两个站平均风速的关系，对浮标站和瓦房店站、旅顺站分别做相关性分析，浮标站与瓦房店站的相关系数为0.013，浮标站与旅顺站的相关系数为0.795，这证明旅顺站和浮标站在平均风速上确实有着较好的一致性。

4.2 三站大风日数特征分析

由表1可知，2011～2017年浮标站年平均大风日数为131.7 d，浮标站的6级以上大风日数远远超过旅顺站和瓦房店站，旅顺站与瓦房店站的大风日数基本持平，且均在2012年大风日数最多，为15 d，在2017年大风日数最少。浮标站2013年大风日数异常偏少。

表1 浮标站、旅顺站、瓦房店站2011～2017年6级以上大风日数 d

三站出现6级以上大风日数的季节变化都十分明显(表2)，规律却不相同，浮标站在11、12、1月份大风日数显著偏多，而旅顺站和瓦房店站在春季3～5月份大风日数偏多，三站大风日数偏少的月份均为7月份、8月份(瓦房店站1月、2月大风日数也偏少)。

表2 浮标站、旅顺站、瓦房店站2011～2017年各月6级以上大风日数之和 d

4.3 三站最大风速的变化分析

从表3 2011～2017年三站出现的最大风速及风向可以看出：瓦房店最大风速出现在5月份，风速20 m/s，风向NW；旅顺最大风速出现在4月份，风速14 m/s，风向NNE；浮标站最大风速出现在12月份，风速25 m/s，风向E。两个陆地站的最大风速出现在春季，浮标站出现在冬季。

表3 2011～2017年三站出现的最大风速及风向 m/s

4.4 三站最大风速的季变化

从2011～2017年春夏秋冬三站最大风速对比(图6)来看，除2013年夏季外，浮标站的最大风速均大于旅顺站和瓦房店站。旅顺站和瓦房店站春季最大风速较其他三季略大，夏秋冬三季最大风速基本持平。而浮标站在四季之中，秋季最大风速最大，冬季次之，春季再次，夏季最小。四季之中，秋季和冬季三个站最大风速的变化基本一致。

图6 2011～2017年春夏秋冬三站最大风速

4.5 三站极大风速分析

除2017年浮标站极大风速偏大，2个陆地站偏小外，其余6年3个站的累年年极大风速趋势基本一致，说明两个陆地站受地形影响并不大，和浮标站具有一致性(图7)。

图7 2011～2017年三站年极大风速

浮标站的极大风速在19.9～27.0 m/s之间，瓦房店站的极大风速在16.8～25.9 m/s之间，旅顺站的极大风速在16.9～27.9 m/s之间，浮标站的极值略高于两个陆地站，但差距很小。极大风速季节变化明显，春季>秋季>冬季>夏季(图8)。

图8 2011～2017年三站月极大风速

5 结果与讨论

通过对浮标站7年资料的分析，以及和瓦房店站、旅顺站的对比，得到以下结论：

(1)受渤海海流影响，浮标站所处位置海流主要以WSW及N走向为主。

(2)浮标站整体风速偏大，且存在一定的季节变化，10～12月份平均风速偏大，6～8月份偏小。所有月份均有可能出现6级以上大风，其中11月份和12月份大风日数最多。

(3)3个站点的平均风速的季节变化相同。旅顺站和浮标站在平均风速上存在较好的一致性。旅顺和瓦房店两个陆地沿海站月平均最大风速与月平均最小风速相差1.4 m/s，浮标站相差2.8 m/s。

(4)2011～2017年浮标站年平均大风日数为131.7 d，主要出现在11、12和1月份，远远超过旅顺站和瓦房店站。旅顺站与瓦房店站的大风日数基本持平，两个陆地站在春季3～5月份大风日数偏多。

(5)浮标站的最大风速出现在冬季，2个陆地站的最大风速出现在春季。

(6)浮标站、瓦房店站、旅顺站年极大风速趋势基本一致，且季节风速变化明显，春季>秋季>冬季>夏季。