中国地表日平均风与日极大风气候特征的对比
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南宇琨(1998-),女,硕士研究生,主要从事气候变化研究. E-mail: nyk432110@163.com |
收稿日期: 2023-07-13
修回日期: 2023-10-08
网络出版日期: 2025-08-13
基金资助
国家电网公司总部科技项目(5108-202218280A-2-68-XG)
Comparative study on climate characteristics of daily mean wind and daily extreme wind throughout China
Received date: 2023-07-13
Revised date: 2023-10-08
Online published: 2025-08-13
据多项研究指出,中国地表平均风速在全球变暖的背景下呈现长期下降的趋势。而极大风速与平均风速特征变化是否一致,值得我们关注。通过对比分析国家基本气象站1951—2018年的地表日平均风速和日极大风速数据,结果表明:全国范围内,日平均风速主要集中在2 m·s-1左右,而日极大风速主要集中在8 m·s-1左右,这两种风速在青藏高原地区和内蒙古地区较大。此外,日平均风速出现小风速概率更高,而日极大风速的概率分布更接近于正态分布。从1960—2010年,日平均风速下降了19%,而日极大风速下降更为显著,达到20%。然而,在2010年之后,随着全球变暖的加剧,二者均略有回升,尤其是日平均风速的回升更为显著。这一结论强调了在全球变暖背景下持续关注和研究风速变化的重要性,有助于深入了解中国地表风速的变化特征,同时也为风速预报、风能开发等项目提供科学参考。
南宇琨 , 刘鹏 , 王伟 , 陈遗志 . 中国地表日平均风与日极大风气候特征的对比[J]. 干旱区研究, 2024 , 41(9) : 1468 -1479 . DOI: 10.13866/j.azr.2024.09.04
Studies have identified a long-term decline in the mean surface wind speed in China under the background of global warming. However, whether the extreme wind speed is consistent with the mean wind speed is worthy of investigation. Through the comparative analysis of the daily mean wind speed data and daily extreme wind speed data from the national basic weather stations for the years 1951 to 2018, the following conclusions are drawn: Nationwide, the daily mean wind speed is mainly concentrated at approximately 2 m·s-1 and the daily extreme wind speed is mainly concentrated at approximately 8 m·s-1; both wind speeds are larger in the Qinghai-Xizang Plateau and Inner Mongolia. In addition, the daily mean wind speed is more likely to be smaller, whereas the probability distribution of daily extreme wind speed is closer to a normal distribution. From 1960 to 2010, the daily mean wind speed decreased by 19%, while the daily extreme wind speed decreased even more significantly, up to 20%. However, after 2010, with the intensification of global warming, both speeds slightly rebounded; in particular, the daily mean wind speed has increased more significantly. These findings emphasize the importance of continuous attention and research into wind speed changes in the context of global warming, which are extremely helpful in comprehending the characteristics of surface wind speed changes in China, as well as providing a scientific reference for wind speed forecasting and wind energy development projects.
表1 不同阈值的风速及比值Tab. 1 Wind speed and ratio of different thresholds |
| 阈值百分比 | 日平均风速 /(m·s-1) | 日极大风速 /(m·s-1) | 日极大风速: 日平均风速 |
|---|---|---|---|
| 10% | 0.9 | 4.9 | 5.4 |
| 20% | 1.2 | 5.8 | 4.8 |
| 30% | 1.5 | 6.6 | 4.4 |
| 40% | 1.8 | 7.3 | 4.1 |
| 50% | 2.1 | 8.0 | 3.8 |
| 60% | 2.4 | 8.8 | 3.7 |
| 70% | 2.8 | 9.7 | 3.5 |
| 80% | 3.3 | 10.9 | 3.3 |
| 90% | 4.1 | 12.6 | 3.1 |
表2 不同时段日平均风速与日极大风速相关系数Tab. 2 Correlation coefficients between daily mean and extreme wind speed in different periods |
| 时段 | 全年 | 冬季 | 春季 | 夏季 | 秋季 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1951—2018年 | 0.86 | 0.85 | 0.86 | 0.83 | 0.74 |
| 1959—2003年 | 0.83 | 0.85 | 0.86 | 0.73 | 0.73 |
| 2003—2018年 | 0.94 | 0.90 | 0.74 | 0.94 | 0.86 |
注:均通过99%显著性检验。 |
表3 日平均风速与日极大风速的增长率Tab. 3 The growth rate of daily mean wind speed and daily extreme wind speed |
| 风速增长率/% | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1960年代 | 1970年代 | 1980年代 | 1990年代 | 2000年代 | 2010年代 | 累计增长率 | ||
| 日平均风 | 全年 | 1.0 | 0.8 | -9.9 | -6.5 | -3.5 | 1.0 | -17.1 |
| 冬季 | -0.8 | -2.1 | -10.7 | -7.5 | -2.3 | 2.7 | -20.7 | |
| 春季 | 1.2 | 1.0 | -9.7 | -7.1 | -4.2 | -0.4 | -19.2 | |
| 夏季 | 1.1 | 4.6 | -9.2 | -5.4 | -3.3 | 0.9 | -11.3 | |
| 秋季 | 1.4 | 0.1 | -9.9 | -5.7 | -4.1 | 1.1 | -17.1 | |
| 日极大风 | 全年 | 3.1 | -5.3 | -0.2 | -10.2 | -4.3 | -0.3 | -17.2 |
| 冬季 | 2.6 | -5.7 | -0.4 | -11.4 | -6.7 | 0.2 | -21.4 | |
| 春季 | 1.7 | -7.8 | -1.4 | -9.9 | -1.9 | 1.1 | -18.2 | |
| 夏季 | 5.5 | -3.7 | -0.3 | -8.4 | -4.9 | -1.7 | -13.5 | |
| 秋季 | 1.2 | -2.8 | 0.8 | -10.4 | -6.2 | -1.2 | -18.6 | |
图8 中国风速4个分区的分布注:Ⅰ区范围80°~95°E,27°~37°N;Ⅱ区范围95°~115°E,39°~45°N;Ⅲ区范围120°~128°E,40°~50°N;Ⅳ区范围102°~110°E,25°~33°N,只选择区域内中国站点进行分析。 Fig. 8 The distribution of the four zones of China based on wind speed |
表4 不同时段内全国与各区的日极大风速与日平均风速相关系数Tab. 4 Correlation coefficient between daily extreme wind speed and daily mean wind speed in different periods of time in China and different regions |
| 时段 | 全国 | Ⅰ区 | Ⅱ区 | Ⅲ区 | Ⅳ区 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1951—2018年 | 0.86** | - | 0.70** | 0.88** | 0.48** |
| 1959—2003年 | 0.83** | - | 0.62** | 0.55** | 0.52** |
| 2003—2018年 | 0.94** | - | 0.84** | 0.96** | 0.53* |
注:**表示通过99%的显著性检验,*表示通过95%的显著性检验,-表示相关系数暂不计算。 |
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