论文总字数：12535字

目 录

1、 引言 5

2、国内外研究进展 5

2.1国外研究进展 5

2.2国内研究进展 6

3、资料与方法 6

3.1研究区域 6

3.2研究资料 7

3.3研究方法 7

4、结果与分析 8

4.1杭州风速时空变化特征 8

4.1.1四季变化特征 8

4.1.2年变化特征 10

4.2风向频率变化特征 11

4.2.1四季变化特征 11

4.2.2年变化特征 12

4.3地形对风要素的影响 12

4.3.1坡度对风要素的影响 13

4.3.2海拔高度对风要素的影响 15

5、结论 15

参考文献 16

致谢 18

杭州市风要素时空特征分析

姚颖聪

,

China

Abstract：In this paper, we use ArcGIS software to generate Space - time distribution map of wind features in Hangzhou to analysis of temporal and spatial distribution characteristics of wind features and study the influence of terrain on wind elements. The results show: there are obvious seasonal differences and regional differences in the wind elements of Hangzhou,. Wind speed is the largest in spring, the smallest in winter, and there is a decreasing trend year by year; the wind direction has obvious monsoon changes, under the influence of natural conditions, slightly changed. In the mountainous terrain area there are also valley circulation and ‘The effect of narrow’ characteristics.

Key words：wind speed change, wind direction frequency, terrain, the effect of narrow

引言

风，空气相对于地面的运动。一般指气流的水平运动，并用风向和风速来表现。风是一个矢量，具有大小和方向。风向是指风的来向。空气在单位时间内水平方向上运动的距离即风速，单位用m/s或km/h表示。作为一种最基本的气象要素，风无时无刻不影响着人们的生活。从古代的风帆到现今的风电，人们一刻不断的在摸索着如何更加高效地利用这种免费，干净的能源。从传统的农业到可再生的能源，风的地位也愈来愈高。然而，大风往往会带来极大的破坏。比如在城市的建造中，建造者们往往更加关注最大风速产生的风压会带来的破坏。在铺设电路电线以及输电铁塔时，极大风速和湍流也会带来不小的影响。风是大气环流变化的载体，影响大气环流变化的因素多种多样，所以风是不可能单独发生变化的，风的变化往往带动着其他气象要素的改变，如气温，能见度，日照等要素。所以风对运输业，工业等基本行业都有着重大的影响，不仅如此，风对城市环境有着更重要的影响。

随着人们越来越关注风要素，气象学者对风的研究也越来越深入，越来越把专注点引到城市这个特殊的环境中。城市对风速的影响主要是城市作为一种特殊的立体的粗糙表面，对气流运动有很大影响。研究城市与风的关系可以帮助人们更好的利用风资源，并且及时避免灾难性大风天气所带来的损失。本文将利用杭州市气象自动观测站2010-2014年风速与风向资料，分析杭州市风要素特征时空分布特征，研究地形对风要素的影响，可以让我们更加了解风在杭州市中的变化情况，探究风资源的分布，从而对提高城市风力预报能力，合理规划城市布局以及开发利用风资源等等方面提供一定的参考价值。

2、国内外研究进展

2.1国外研究进展

风与人类的关系是密不可分的，随着城市的发展，气象学者们对城市中风要素研究也是日益加深。早在1987年，Oke，T.R.就得出了城市的高楼林立，粗糙度增大，摩擦和拖曳作用使得风速减小的结论，认为近地面风向和风速同样因受到城市的影响而发生变化^[1]。但是 Chandler(1965)研究认为伦敦城市中以及附近区域近地面的风速分布取决于上风向乡野的风速。当城市热岛效应强的时刻，伦敦城市中的风速大于周围乡村风速^[2]。1977年，Bornstein和Johnson对城市使风速变大的原因进行了分析：一是城市热岛效应使得城郊温度梯度增大，产生气压梯度，促使空气流动加强。二是城市夜间空气稳定度比郊区低，加大了城市上层高空动量下传，近地面风速因此变大。此外，在城市特殊的下垫面和热岛环流的作用下，风向也发生了一定改变^[3]。

2.2国内研究进展

近年来我国气象学者们对全国各地的风要速时空分布进行了全面的研究。2008年荣艳淑、梁嘉颖等人，利用华北区域相关气象观测站的实际测得的风速,发现了该区域年平均风速的空间分布与地形分布特征有关、近50年来的风速呈减小趋势 ^[4]。2010年，陈兵等人利用江苏省气象站平均最大风速的资料,同样发现了江苏省年最大风速呈减小趋势，并且分区说明了江苏省不同区域风速变化的差异 ^[5]。2012年，王静和苗峻峰等人利用海南岛沿海常规气象站、海岛站的逐时风向、风速资料，对海南岛及其周围地区的风要素分布进行了定量分析，明确指出了海南岛沿海近地面风速的季节差异和地区差异特征，文章虽存在局限性，但在分析海南岛近地面风的特征方面具有一定的参考意义^[6]。2015年，王传辉等人基于安徽省多年的风速风向资料，利用常规统计方法对风速空间分布进行了整理分析，发现了平均风速与最大风速的空间分布相似的现象，即除大别山区北部和皖南山区南部的部分地区外，近年来全省大部分地区风速普遍呈减少趋势^[7]。2016年罗勇、江滢对中国近50年风速减小的情况做了分析，认为这个情况是由自然原因和人为因素共同作用下造成的^[8]。

气象学者，专家们都深入的对各地的风特征要素进行了研究，不仅为后来者提供各类参考借鉴，也为人类更好的了解风的规律提供了弥足珍贵的资料和经验。但是目前国内对风要素的研究大部分都在华北、西北以及西南这些风力资源丰富的地区，对于杭州市这个区域的风要素特征，相关的研究很少，本文就这个问题，通过借鉴前人的研究经验，分析相关数据资料，对杭州的风要素研究做出一些贡献。

3、资料与方法

3.1研究区域

杭州市地处浙江省的西北地区，市域轮廓犹如西南至东北方向的长对角线菱形，东西两头最大距离在250公里左右，南北两头的最大距离在130公里左右。土地总面积16596平方公里。市域界于北纬29°11′至30°34′和东经118°20′至120°37′之间 。市中心地理的坐标为东经120°12′，北纬30°16′，建成区的面积为701.8平方公里，城镇化率75.3%，属于城市郊区相对平衡的地区。杭州市地貌类别多样，西部、中部和南部为浙西中低山丘陵，东北部为浙北平原。主干山脉大致分为南北两支，北支是天目山、白际山和昱岭。千里岗、龙门山为南支，多座山峰的海拔在1500米以上，诸山高峻，沟谷幽深。东北部是地势低平的平原，海拔仅3～6米，地表的江河纵横交错。杭州市地处浙西中山丘陵向浙北平原的过渡地带，午潮山、老焦山矗立在西边，半山、皋亭山在北曲折蔓延，屏风山、五云山又在南边纵横交错，钱塘江呈东西向贯通杭州。气候四季分明。杭州市位于亚热带季风气候区，冬夏季风的交替变换明显，形成春天多雨，夏季湿热，秋季清爽以及冬天湿冷的气候特征。平均气温15℃～17℃，一月份最冷，平均气温3～5℃；七月份最热，平均气温28℃～29℃。年平均降水量1100～1600毫米。

图1 杭州市气象台站及空间地形分布

3.2研究资料

本文选取杭州市45个自动气象观测站提供的2010—2014年5年的逐日平均风速和逐时风向资料。在研究风要素的气候状态时，是利用非缺测的数据进行统计分析的。风要素数据均为近地面数据，其中平均风速采用的是1d内2min的平均风速，统计风向时把大于360°的异常值全调整为360°，导致风向频率比实际可能存在些差异。

自动站资料情况：杭州市气象局从1999年开始全方位启动市自动气象观测站建设工作，2010年杭州市统共布置自动气象站291个。自动气象站提供了各点的平均风速要素，对准确及时地收集各地的气象情报起到了积极作用。

总站点数：自2000年起，杭州市在各县市建设了大量的气象自动站、水文站，站点数目逐年递增且增幅明显，直至2009年，在本研究共使用站点数近400个，极大地丰富了风象资料，增强对杭州风要素评价的可靠性与客观性。

3.3研究方法

本文主要对2010年～2014年的风速逐日数据以及风向的逐时数据进行了分析。统计了5年的风速月平均、年平均、风速变化趋势以及风向频率。其中，通过matlab中的scatter，plot等函数做出风速变化折线图分析变化特征，通过excel中的slope函数计算变化趋势。风向统计是利用excel表格中的COUNTIFS函数统计各个风向频率，再导出风向频率玫瑰图。其中四季划分为春夏秋冬分别为3～5月、6～8月、9～11月、12～第二年2月。对于多因素的地理信息、遥感信息以及统计信息，基于GIS技术进行栅格数据分析，做出杭州市月平均风速，年平均风速的空间分布图，以及运用dem数据处理杭州市坡度坡向的地形高程图，再结合相关文献进行讨论研究风要素分布特征。

4、结果与分析

4.1杭州风速时空变化特征

大气的边界层风场分布状况除了会受大型天气环流系统的影响外，更会受到地形的作用和下垫面性质差异引起的热力作用等影响，是以上三种因素协同作用造成的，使风场具有特殊的垂直和水平结构，并具有明显的时间变化规律。

4.1.1四季变化特征

图2 杭州市2010～2014年月平均风速变化

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