佳文欣赏 | 京津冀大风风速下降了吗？

1979—2017年冬半年京津冀区域大风的变化及其环流背景分析

作者：石晓雪，龚道溢，胡毅鸿

(北京师范大学地理科学学部，北京 100875)

京津冀地区是雾霾事件的高发区，秋冬季降水又较少，风是清除雾霾的一个非常重要的气象因子。大风出现的频次虽然较少，但对平均风速的贡献很大，大风增加或者减少几次，有可能造成平均风速明显的不同。此前大量研究发现了地面风速下降现象，并从不同的角度进行了解释。本文通过对风速分级分析发现风速下降主要是由大风风速下降所致，非大风平均风速反而是呈弱上升趋势。这一发现对于深入理解风速下降的成因具有重要价值。

研究资料

1）地面台站的风速资料：中国气象局气象数据中心提供的“中国地面气候资料日值数据(V3.0)”，分析变量包括日平均风速和风向。

2）大气环流资料：ERA-Interim再分析资料，包括对流层各层的位势高度，经向风v(m·s-1)、纬向风u(m·s-1)和垂直运动w(Pa·s-1)。水平空间分辨率为2.5°×2.5°。

3）NAO指数：美国国家海洋及大气管理局(NOAA)。

所有资料选取的时间段均为1979—2017年，除台站风速外的其他资料时间分辨率均为月，分析时间为冬半年(从11月至次年3月)。

研究方法

通过统计特定台站的风速频次，根据其概率来确定大风标准。1979—2017年冬半年的所有日风速记录中，最小风速为0，最大日平均风速达到10.3 m·s-1，据此把风速区间按0.5 m·s-1的间隔分为21档，再统计每档的风速频次。取3.5 m·s-1作为研究区的大风风速标准（3.5 m·s-1的风速对大气污染的有效清除也是一个关键阈值）。

某一日如果5个站点中有不少于3个站点的日平均风速达到大风标准(3.5 m·s-1)，则该日记为一个区域性大风日。同时考虑区域性大风的风向，简单根据单个台站的多数判断，例如，如果有不少于3站是偏北风，则该次区域性大风的主导风向记为偏北风。

研究结果

京津冀地区冬半年的大风日频次在以-1.77 d·(10 a)-1的线性趋势显著减少，同时，大风日平均风速在以-0.07 m·s-1·(10 a)-1的速率显著减小，而非大风日平均风速却表现出增大的特点，线性趋势为0.02 m·s-1·(10 a)-1。除长期趋势外，大风日频次及风速有显著的年际和年代际的变化周期，逐年的大风日频次有3~4 a的年际周期和14~15 a的年代际周期，大风日平均风速2~3 a的年际周期最为显著。

图1  (a)冬半年平均风速、(b)大风日频次、(c)大风日平均风速和(d)非大风日平均风速的逐年变化及线性趋势

环流背景

东亚西风急流的强度与大风日频次呈显著的正相关关系，急流强度偏强(偏弱)的年份，京津冀区域性大风日频次相应增多(减少)。通常急流强度的加强，会引起风速的垂直切变增大，可增强中纬度天气扰动；此外，东亚急流加强，处于其入口区的东亚地区可导致异常的经向环流，急流中心及北侧有异常下沉和偏北风气流，急流中心的南侧有异常上升气流，上述变化都会加强冬季华北地区的风速。

大风所对应的北半球对流层中低层的大气环流分析表明，伴随京津冀冬半年大风日频次的变化，北半球的大气环流存在大尺度的异常特征，500 hPa高度场在欧亚大陆自西向东呈低—高—低的异常分布，850 hPa环流异常与500 hPa相似，二者异常中心区的位置基本一致，呈正压结构。北大西洋地区所出现的南北向负—正异常的环流分布，与西大西洋遥相关型相似，西大西洋遥相关指数与大风日频次和风速的相关系数，均接近0.30，表明京津冀冬半年的区域性大风日频次和风速的变化，不仅与东亚区域的大气环流有关，还可能受北半球大尺度环流及上游北大西洋地区环流的影响。

注：等值线表示年平均纬向风(m·s-1)；填色表示纬向风(m·s-1)对大风日频次的回归系数，只标出了达到0.1显著水平的区域；箭头表示经向风(m·s-1)和气流垂直运动(Pa·s-1)对大风日频次的回归系数；为了方便比较，气流垂直运动的回归系数已乘-100。

图2 东亚地区(112.5°~120°E)冬半年的平均环流廓线

图3 大风日频次、大风日平均风速与同期西大西洋遥相关(WA)指数的逐年变化

主要作者简介：

石晓雪，女，黑龙江海伦人，北京师范大学硕士生，主要从事气候变化研究。E-mail: [e-mail]

龚道溢，男，湖南石门人，博士，教授，主要从事气候系统诊断分析、气候变化及其影响。E-mail: [e-mail]

本文将在《地理科学进展》2019年第7期刊出，感兴趣的小伙伴可在正式刊出后下载阅读，获得更多信息~

资料来源：《地理科学进展》

文字、排版：张敏

责任编辑：梁龙武

审核：任宇飞、王波涛

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