洪泽湖与四周陆地风速差异分析
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摘要：利用洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙2009—2018年10a观测资料进行差异分析。先对测站相互关系和观测资料序列进行检验，检验结论是4个陆地站与湖中站之间关系密切，5站资料完整。然后再对5站风速差异分析比较，结果表明：4个陆地站与洪泽湖中2min、10min风速年平均值差值相对较小，月平均值是9月相差最大， 6月差值最小;最大风速、极大风速差异明显，月平均值8月差异大，最大风速月平均值3月相差最小，极大风速月平均值1月相差最小。洪泽湖面年均大风126.8d，陆地站大风出现天数约为湖面的1/3;大风在春季出现最多，9月、10月是一年大风天气出现最少时段。
关键词：风速;观测资料;检验;差值;洪泽湖
中图分类号：S16 文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200229043
引言
洪泽湖位于江苏西北部，是我国第4大淡水湖。是连接淮河、大运河交通枢纽，每天航运、渔业生产、以及旅游观光船来往频繁。但因洪泽湖面空旷平坦，极端气候事件，特别湖面大风灾害天气，往往造成船毁人亡的重大安全事故和人民群众财产巨大损失。因此，提高洪泽湖大风等极端天气预报准确率具有现实意义。
关于水体对气候、天气、气候资源和气象因子的影响，近年来，许多气象、环境和水文等领域的科学工作者进行了大量研究[1-16]，其研究主要有4个方面。水体及其周边气候特征的研究。如蔡荣辉等[2]对洞庭湖区域雷暴大风分型及预报分析研究，表明根据天气形势配置将其分为4类类型，低层暖平流强迫类、斜压锋生类、准正压类及高层冷平流强迫类。马洪亮等[13]通过对天池气象站1959—2007年的逐日地面气候资料，应用线性倾向估计、功率谱分析、滑动t检验及距平标准差对比分析等方法对天山天池气候变化特征进行了分析研究。关于水体周围气象环境的研究。如黄菊梅等[1]利用2007—2016年酸雨和同期气象资料及气溶胶数据，对洞庭湖滨湖酸雨特征及气象条件的关系进行分析，结果表明，酸雨的强度不随降水量级的变化而变化。随着降水持续天数的增加，降水的酸性强度明显加强;水样温度升高，降水的酸性强度明显减弱;风速越大，降水的酸性强度越强;风向频率较大的偏北风降水的酸性强度较强，而风向频率较小的偏南风降水的酸性强度较弱。大气气溶胶对降水的酸性强度有明显的增强作用。李蒙等[11]利用MODIS卫星资料，运用假彩色合成法和归一化植被指数法对滇池蓝藻水华进行监测，得到滇池水华的分布特征。关于水体气候生态资源的研究。如庄智福等[10]利用WRF模式对洪泽湖地区风能资源状况进行数值模拟， 模拟结果风速季节变化的规律是春季最大， 夏季最小;沿湖风速大于陆地， 湖岸带附近风速梯度变化十分明显。风速垂直变化的规律是洪泽湖地区风速随着高度增加而有所增大， 当增加到一定高度时， 风速增幅减弱。刘召华等[16]通过对商城库区气候生态资源的分析，结果表明商城库区气候温和、热量变化平缓、降水充沛、空气温度大、雾日多，大部分时候库区水温高于气温，库内应以生态资源开发为主。关于水体对气象因子影响的研究。如王咏薇等[3]应用WRF中尺度模式，通过对四季晴天小风、阴天大风背景天气下有无水体算例模拟结果的比较，分析了浙江青山湖水体（6.5km2）对周边2m高度处气温的影响。陈翔等[12]利用30a气候整编资料分析洪泽湖区的气温分布的特征及其对苏北地区气温分布影响。
这些研究取得重大成果，并被应用实际工作中。但对大型水体气象因子和周边陆地差异研究较少，况且，大型水体中气象观测站布设点少，所用观测资料多为周边陆地观测站资料，使分析研究有一定的局限性。洪泽湖中腹心地带观测站始建于2009年，已有10余年较长序列一手观测资料，项目研究时又对观测资料序列均一性进行显著检验，使分析更有合理性。通过湖中风观测资料和四周陆地台站进行同期进行对比分析其差异特点，为提高大型水体短时、短期大风的无缝隙精细化预报提供了参考。
1观测资料与方法
采用洪泽湖中腹心地带避风港自动观测站（以下简称洪泽湖中站）和四周100km范围内洪泽、淮安、泗洪和盱眙4个国家观测站2009—2018年10a的2min、10 min、最大风速和极大风速观测资料。
根据相关系数公式，先对这5个站的相互关系分析，然后再进行观测资料序列均一性显著性检验，确定5个站观测资料完整再进行对比分析。将洪泽湖中站的2min、10 min、最大风速和极大风速的月、年平均值分别与4个国家站对比分析。并统计日极大风速在6级以上大风出现的规律特征。
2相关性分析
求算洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙4个站的相互关系。已知相关系数公式为[17]：
rxy=∑ni=1xiyi-nx y（∑ni=1x2i-nx2）（∑ni=1y2i-ny2） （1）
rxy值越接近1，表示其之间关系越密切。
其中，n取10，xi，yi分别为洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙4个站近10a风速年平均值。
将这5个站2min风速年平均值分别代入公式⑴中，得出洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙4个站的相互关系系数分别为0.99、0.75、0.97、0.82。由此可见，洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙4個站存在着相互关系，其中洪泽湖中站与洪泽和泗洪两站关系最为密切。
3观测资料序列均一性检验
对洪泽湖中站、洪泽、淮安、泗洪、盱眙5个站2009—2018年观测的2min风速年平均值序列进行均一性分析。应用t检验方法（显著性水平0.05）对该时段前后风速差异进行显著性检验。如检验结果显著，则认为该站观测资料序列不连续，就不能对比分析。设xi为假设某站2min风速年平均值，样本容量为10a，这10a相应要素年平均值的样本序列为x1，x2，...，xi，...，x10，统计量： t=xi-x10s10（10-110+1）12（2）
其中，x10=110∑10i=1xi（3）
s10=110∑10i=1（xi-x10）2（4）
将各站要素样本资料代入上述公式中，计算2min风速的t检验值，结果见表1。在显著水平a为0.05，自由度为10时，ta=2.228，当要素某年|t|>ta，则表示要素该年xi与10a平均值差异显著。由表1可知，各站2min风速均通过了显著性检验。因此，将洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙4个站比较分析是有合理性的。
4风速分析比校
4.12min风速比较分析
4个陆地站与洪泽湖中2min风速年平均值相差在2.0～2.6m/s之间，其中洪泽湖中站2min风速年均值为4.6m/s，而陆地站中，淮安为2.4m/s，是4个陆地站中最大的，而洪泽、泗洪和盱眙10a的2min风速平均值均为2.0m/s。
对2min风速月平均值进行分月比较，据图1可知，9月份4个陆地站中与洪泽湖中站相差最大，其中泗洪、洪泽与洪泽湖中相差达3.0m/s，淮安、盱眙分别为2.9m/s、2.8m/s。8月份次之，4个陆地站与洪泽湖中站差值在2.5～2.9m/s之间。6月份差值最小，差值在1.9～2.3m/s之间。
4.210min风速比较分析
4个陆地站与洪泽湖中10min风速年平均值比较，差值也在2.0～2.6m/s之间，其中洪泽湖中站10min风速年平均值为4.6m/s，而陸地站中，淮安为2.4m/s，最大;泗洪为2.1m/s，洪泽和盱眙10a的10min风速平均值均为2.0m/s。
10min风速月平均值进行分月比较，据图2可知，8月、9月4个陆地站与洪泽湖中站差值最大，其中泗洪比洪泽湖中站均小2.9m/s，淮安相差最小，分别为2.5m/s、2.7m/s。6月份差值最小，差值在1.9～2.3m/s之间。
4.3最大风速比较分析
4个陆地站与洪泽湖中最大风速年平均值比较，差异明显，差值范围在3.2～3.9m/s之间。其中，盱眙与洪泽湖中站差值最大，淮安与洪泽湖中站差值最小，洪泽、泗洪与洪泽湖中站差值分别为3.6m/s、3.7m/s。最大风速月平均值分月比较，据图3可知，8月4个陆地站与洪泽湖中站差值最大，差值范围在4.0～4.7m/s之间，其中泗洪差值最大，淮安相差最小。其次是7月、9月2个月，差值范围分别在3.7～4.0m/s和3.7～4.1m/s之间。1月份差值最小，差值在2.9～3.6m/s之间。
4.4极大风速比较分析
4个陆地站与洪泽湖中极大风速年平均值比较，差异也明显，差值范围在3.2～3.4m/s之间。4个陆地站之间相差很小，其中淮安与洪泽湖中站差值最大，洪泽与洪泽湖中站差值最小，盱眙、泗洪与洪泽湖中站差值均为3.3m/s。
对极大风速月平均值进行分月比较，据图4可知，8月4个陆地站与洪泽湖中站与差值最大，差值范围在3.1～3.6m/s之间，其中泗洪差值最大，淮安相差最小。其次是7月、9月，差值范围分别在2.4～2.6m/s和2.6～2.8m/s之间。3月份差值最小，差值在1.5～1.8m/s之间。这时7—9月处于盛夏，对流天气局地性强，是造成极大风速相差大的一个主要原因。
由于6级及以上大风对洪泽湖面安全生产威胁大，因此统计了这5站近10a的6级及以上大风天气。洪泽湖面共有1268d出现6级及以上大风，平均每年126.8d，约3d就出现1次;8级及以上大风143d，每年不到15d;10级以上大风，湖面只出现5次，历年极大风速为30.6m/s（11级）。而陆地站6级及以上大风出现天数约为湖面的1/3，其中最多是洪泽站，年均39.7d，其次是泗洪，为37.0d，盱眙和淮安分别32.7d、31.4d;8级及以上大风，也是洪泽站最多，年均为2.1d，泗洪2.0d，淮安1.3d，盱眙最少，年均0.5d;4个陆地站历年极大风速只达到10级，洪泽、泗洪和淮安仅出现1次，而盱眙从未出现。
图56级及以上大风月出现天数
6级及以上大风春季出现最多（图5），其中4月各站均出现最多，湖面上年均15.1d，每2d就出现1次，而最少的淮安也有5.3d;其次是3月，湖面上年均14.4d，最少淮安也有4.3d。9、10月是一年大风天气出现最少时段，湖面出现天数仅为4月1d，盱眙、洪泽两站9月份都出现1d，10月份泗洪也只出现1d。8级及以上大风，湖面上4月份出现最多，月均3.0d，其次是8月份，2.7d，冬季和秋季偏少，月均不足1d;陆地站只出现在3、4、5、7、8月这5个月。
5结论
洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙4个站的相互关系系数分别为0.99、0.75、0.97、0.82。由此可见，洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙4个站存在着相互关系，其中洪泽湖中站与洪泽和泗洪2站关系最为密切。
对洪泽湖中站、洪泽、淮安、泗洪、盱眙4个站2009—2018年观测的2min风速年值序列进行均一性分析，应用t检验方法，各站均通过了显著性检验。因此，将洪泽湖中站和洪泽、淮安、泗洪、盱眙4个站比较分析是有合理性的。
4个陆地站与洪泽湖中2min、10min风速年平均值差值相对较小，月平均值分月比较，9月是4个陆地站中与洪泽湖中站相差最大，6月份差值最小。
4个陆地站与洪泽湖中最大风速年平均值比较，差异明显。最大风速月平均值分月比较，8月差值最大，差值范围在4.0～4.7m/s之间，而1月份差值最小。
4个陆地站与洪泽湖中极大风速年平均值比较，差异也明显，对极大风速月平均值分月比较，8月4个陆地站与洪泽湖中站差值最大，3月差值最小。洪泽湖面近10a共有1268d出现6级及以上以上大风，平均每年126.8d，约3d就出现1次;8级及以上大风143d，每年不到15d，而陆地站6级及以上以上大风出现天数约为湖面的1/3。6级及以上大风春季出现最多，其中4月各站均出现最多，9月、10月是一年大风天气出现最少时段。 参考文献
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