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user: 3. 平均风速的特征分析 3.1. 年平均风速水平分布的特征分析 通过处理四川省1979~2018年逐小时风速观测资料，求得风速的年平均水平分布图。图2为10 m高度处风速的年平均水平分布图，如图2和表1可知川东地区、川西地区、川南地区和川北地区的平均风速以及最大平均风速的水平分布以及值的大小。 如图2，在100 m处风速的大值区与小值区与10 m处的分布基本一致，但是风速的大小在100 m处要比10 m处有明显的增加，这说明风速大小随高度增加，在边界层内风速的变化规律也正是随高度而增加。但总体来说四川省年平均风速值还是较小。青藏高原阻断效应形成的复杂多样的地形特征和特殊的环流状况，使四川省成为中国风速较低的地区之一。通过对四川省气象站1979~2018年测风数据统计分析可见，四川省各点平均风速介于0.57~3.6 m/s之间，全域年均值为1.5 m/s与全国年平均风速2.5 m/s相比明显偏小。尤其是四川省东部盆地，因地形封闭、凹陷，盆周山峦叠嶂，气流受阻，静风频率较高，各站点年平均风速均低于2 m/s。阻挡风的地形使风速降低，相反，山的山脊等突出的地形和喇叭口地形的狭管效果使风速大幅度上升 [ 9 ]。四川省年平均风速呈东西型空间分布特点，即西部地区平均年风速较高，东部地区年平均风速较小，与大规模气象系统的影响密切相关。在特征向量正(负)值中心位置附近年平均风速相对较高(较低) [ 8 ]。四川省年平均风速也呈现出东北–西南型的空问分布特征，即东北域(包括广元市、巴中市、达州市)年平均风速较高，而西南部区域年平均风速较小。 图2. 10 m、100 m处风速平均的水平分布图 Table 1 Wind speed distribution in various regions of Sichua 地区 平均风速 最大风速 川东 1.35 m/s 1.51 m/s 川西 1.73 m/s 2.17 m/s 川南 1.52 m/s 1.94 m/s 川北 1.70 m/s 2.16 m/s 表1. 四川各地区风速分布情况 3.2. 各季节风速平均的水平分布 通过处理10 m和100 m处的风速数据得到四川省风速季节平均的水平分布图。四川省的各季节平均风速的分布基本一致即春季的风速大值区域与小值区域与夏季，秋季，冬季的大值和小值区位置基本一致。由图3和图4可知，春季的最大风速区主要位于四川的西部地区，风速最小值区主要位于四川的东部地区。同样的情况出现在夏季，秋季，冬季中，且春季的平均风速要比其他的三个季候对应地方的平均风速大一些，原因是春天是从隆冬到夏天的过渡时期，暖风和冷风的交汇很活跃，所以平均风速高，并且加热较快，于是形成了比较强烈的冷空气下沉、暖空气上升运动。由于高空风通常比地面风大得多，所以这种上下对流运动，使地面风速加大(气象学上称为动量下传)，形成较强的北风。各季节的风速水平分布与上面分析的年平均风速水平分布也较为一致即四川省季节平均风速呈东–西型的空间分布特征，即西部区域季节平均风速较高，而东部区域季节平均风速较小，这与大尺度天气系统的影响密切相关，在特征向量正(负)值中心位置附近年平均风速相对较高(较低)，在(105.5E，32N)位置处的季节平均风速最小。四川省季候平均风速也呈现出东北–西南型的空问分布特征，即东北域年平均风速较高，而西南部区域年平均风速较小。由图3和图4两图分析可知10 m处风速的季节水平分布图与100 m处风速的季节水平分布图是一致的，且100 m处的风速相较于10 m的风速较大。 图3. 10 m处各季节平均的水平分布图 图4. 100 m处各季节平均的水平分布图 3.3. 风速大值区的风速变化特征 3.3.1. 风速大值区的日变化 通过上面的研究，为研究风速大值区的日变化趋势选取了丹巴，德昌，石渠三个风速较大值区为代表研究100 m和10 m处风速的日变化趋势。分别求24小时风速平均得到图5即丹巴，德昌，石渠10 m和100 m处风速的日变化。 如图5和表2所示，丹巴10 m最大风速出现在8时左右，最大风速值为1.96 m/s，最小风速值出现在12时左右，最小风速值为0.0196 m/s，甚至出现了静风的现象。如图6可知100 m处小时平均风速最大值出现在7~8时，最大风速值为1.86 m/s。风速最小值出现在11时左右，最小风速值约为1.03 m/s，相比于10 m处的平均风速值明显偏大，这是由于高度越低受地面摩擦影响越大的缘故。 图5. 10 m处小时平均风速的变化趋势 Table 2 Hourly average maximum wind speed of three places at 10 地点 10 m处小时平均最大风速 10 m处小时平均最小风速 100 m处小时平均最大风速 100 m处小时平均最小风速 丹巴 1.96 m/s 0.0196 m/s 1.86 m/s 1.03 m/s 德昌 2.5 m/s 0.4 m/s 3.5 m/s 1 m/s 石渠 2.02 m/s 0.66 m/s 2.1 m/s 0.45 m/s 表2. 10 m处三地小时平均最大风速情况 由图5和表2可知，德昌小时平均风速最大值出现在7~8时左右，风速最大值为2.5 m/s，风速最小值出现在23~0时左右，最小风速值为0.4 m/s。由图6可知德昌100 m处小时平均风速最大值出现在7~8时左右，最大值为3.5 m/s。最小值出现在23~0时左右，最小值约为1 m/s。 由图5和表2可知石渠风速最大值出现在7~8时左右，风速最大值为2.02 m/s，风速最小值出现在十三时左右，最小风速值为0.66 m/s。由图6可知100 m处石渠小时平均风速最大值出现在8时左右，最大值约为2.1 m/s。最小值出现在12~13时左右，最小值为0.45 m/s。 通过研究发现10 m和100 m处的风速最大最小值几乎出现在同一个时间且100 m处的风速要比10 m处的风速略大些。通过将三地的小时平均风速放在一起比较可知，丹巴，德昌，石渠的小时平均风速最大值均出现在8时左右，最小值出现在10~12时。四川盆地各个地方小时平均风速相较于我国的其它地方的小时平均风速都较小。主要原因是封闭的地形，导致四川盆地常年风速偏低，是我国小时平均风速最小的地区之一。 图6. 100 m处三地小时平均风速的变化趋势 3.3.2. 风速大值区的年变化趋势 为研究风速大值区的年变化趋势依然选取了丹巴，德昌，石渠三地为代表研究10 m和100 m处的月平均风速变化趋势。分别求12个月每月的风速平均得到图7，图8即三个地方10 m和100 m处风速的月平均变化趋势。 如图7和表3所示，丹巴月平均最大风速出现在11月左右，最大月平均风速值为2.25 m/s，最小月平均风速值出现在5月左右，最小月平均风速值为0.3 m/s。如图8，100 m处丹巴的月平均最大风速出现在11月左右，风速最大值约为3 m/s。最小值出现在5月左右，风速最小值为0.5 m/s。 图7. 10 m处月平均风速的变化趋势 Table 3 Monthly average maximum wind speed of three places at 10 地点 10 m处月平均最大风速 10 m处月平均最小风速 100 m处月平均最大风速 100 m处月平均最小风速 丹巴 2.25 m/s 0.3 m/s 3 m/s 0.5 m/s 德昌 2.35 m/s 0.63 m/s 3.7 m/s 1.1 m/s 石渠 2.27 m/s 0.2 m/s 3.3 m/s 0.5 m/s 表3. 10 m处三地月平均最大风速情况 由图7和表3可知，德昌月平均风速最大值出现在10月左右，风速最大值为2.35 m/s，风速最小值出现在5月左右，最小风速值约为0.63 m/s。图8研究的是100 m处德昌的月平均风速变化趋势，由图可知月平均风速最大值出现在10月左右，最大值约为3.7 m/s。风速最小值出现在5月左右，最小值约为1.1 m/s。 图3研究的是10 m处石渠月平均风速的变化趋势，由图可知石渠月平均风速最大值出现在12月左右，月平均风速最大值为2.27 m/s，月平均风速最小值出现在六月左右，最小风速值为0.2 m/s。由图8可知100 m处石渠月平均风速最大值出现在11月左右，风速最大值为3.3 m/s。最小值出现在7月左右，最小值约为0.5 m/s。 通过研究发现10 m和100 m处风速的最大，最小值几乎出现在相同的月份。通过对比比较三地的月平均风速可知，三地月平均风速最小值均出现在5~6月，月平均风速成最大值出现在10~12月。四川盆地风速大值区的月平均风速相较于我国其他地方都较小，所以四川盆地的月平均风速较其他地方也较小。 图8. 100 m处三地月平均风速的变化趋势 3.3.3. 风速大值区的年际变化 为研究风速的年际变化趋势依然选取丹巴，德昌，石渠三个风速大值区为代表研究10 m和100 m处的年平均风速变化趋势。分别求1979~2018风速的年平均得到图9，图10即丹巴，德昌，石渠风速的年平均风速的变化。 如图9所示，10 m处丹巴年平均最大风速出现在2012年左右，最大年平均风速值约为1.98 m/s，最小年平均风速值出现在2018年左右，最小年平均风速值约为1.3 m/s。从回归方程可以看出10 m处丹巴年平均风速在动摇中呈现递增的趋势，求出的年平均风速气候倾向率为0.0045 (m/s)/10年，即每十年年平均风速增加0.0045 m/s。可以看出年平均风速的变化极其慢。如图10所示，100 m处丹巴年平均最大风速出现在1994和2012年左右，最大年平均风速值约为2.35 m/s，最小年平均风速值出现在1990年左右，最小年平均风速值约为1.65 m/s。从回归方程可以看出100 m处丹巴年平均风速在动摇中呈现递增的趋势，求出的年平均风速气候倾向率为0.0022 (m/s)/10年，即每十年年平均风速增加0.0022 m/s。 图9. 10 m处年平均风速的变化趋势 图9研究的是10 m处德昌年平均风速的变化趋势，由图可知，德昌年平均风速最大值出现在2012年左右，年平均风速最大值约为1.4 m/s，年平均风速最小值出现在1981年左右，年平均最小风速值为0.83 m/s。从回归方程可以看出德昌年平均风速在动摇中呈现递增的趋势，求出的年平均风速气候倾向率为0.0004 (m/s)/10年，即十年年平均风速增加0.0004 m/s。图10研究的是100 m处德昌年平均风速的变化趋势，由图可知，德昌年平均风速最大值出现在2012年左右，年平均风速最大值约为2.35 m/s，年平均风速最小值出现在2008年左右，年平均最小风速值约为1.7 m/s。从回归方程可以看出100 m处德昌年平均风速在波动中呈现递减的趋势，求出的年平均风速气候倾向率为−0.0002 (m/s)/10年，即十年年平均风速减少0.0002 m/s。 图9研究的是10 m处石渠年平均风速的变化趋势，由图可知石渠年平均风速最大值出现在1987年左右，年平均风速最大值为1.56 m/s，年平均风速最小值出现在2018年左右，最小风速值为0.5 m/s。从一元线性回归方程可以看出石渠年平均风速在波动中呈现递减的趋势，求出的年平均风速气候倾向率为−0.0054 (m/s)/10年，即每十年风速减少0.0054 m/s。图10研究的是100 m处石渠年平均风速的变化趋势，由图可知石渠年平均风速最大值出现在1987年左右，年平均风速最大值为1.95 m/s，年平均风速最小值出现在1990年左右，最小风速值为1.3 m/s。从一元线性回归方程可以看出石渠年平均风速在波动中呈现递减的趋势，求出的年平均风速气候倾向率为−0.0146 (m/s)/10年，即每十年风速减少0.0146 m/s。 通过对三地年平均风速变化趋势的比较可知在10 m处德昌的年平均风速的气候倾向率最小，但是三者比较起来气候倾向率都较小。丹巴年平均风速的最大值最大，德昌年平均风速的最小值最小。在100 m处石渠的气候倾向率的绝对值最大。通过研究发现四川盆地各个地方年平均风速相较于我国的其它地方的年平均风速都较小且年平均风速的气候倾向率也较小即风速的波动范围小。 图10. 100 m处丹巴，石渠，德昌三地年平均风速的变化趋势 3.4. 无量纲幂指函数随风速的变化 通过算法α = logU100[i] − logU10[i]求解无量纲幂指函数得到图11，如图所示无量纲幂指函数随10 m处四川省的平均风速的分布图。由图可知，幂指函数α在低风速下较不稳定，表现出很强的随机性，随着风速的增大，幂指数α呈现出明显增大的趋势并趋于平定。 幂指函数随风速增加有递增的趋势，随10 m处平均风速的增大，无量纲幂指函数递增，求出的线性拟合系数为0.023565。同时工程中往往关注强风的特性，对平均风速大于6 m/s时的实测幂指数进行统计分析，得到α的平均值为0.162，标准差为0.075。 可见无量纲幂指函数也可指示强风的发生。当无量纲幂指函数超过了一定的界线可能就会有强风的发生。由于四川省常年平均风速较小，所以无量纲幂指函数也较小。