三峽氣候梯度觀測(cè)塔氣候要素特征分析

馬德栗　劉敏　鞠英芹

摘要 根據(jù)2010年12月～2012年5月三峽氣候梯度塔氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、相對(duì)濕度和氣壓的觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析其月、季、年變化特征，結(jié)果表明，三峽氣候梯度塔10～100 m各層平均風(fēng)速逐月變化基本一致，呈“w”型，且各層年平均風(fēng)速相差不大；各層年平均最大風(fēng)速與極大風(fēng)速變化趨勢(shì)相一致，7月最大，11月最??；各層全年及各個(gè)季節(jié)ESE為主導(dǎo)風(fēng)向，全年及各個(gè)季節(jié)無(wú)正南風(fēng)；各層年平均氣溫隨高度升高而降低，各層氣溫逐月變化呈單峰值，1月氣溫最低，7月最高，就季節(jié)而言，夏季最高、冬季最低；各層年平均相對(duì)濕度8.5～50.0 m隨高度升高而降低，50～100 m則隨高度升高而上升；8.5 m高度氣壓曲線逐月變化呈“U”型變化，1月最高、7月最低，冬季最高、夏季最小。

關(guān)鍵詞 氣象要素；變化特征；氣候梯度觀測(cè)塔；三峽

中圖分類(lèi)號(hào) S161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）05-01372-04

Abstract According to the observation data of temperature， wind speed， wind direction， relative humidity and air pressure of climate gradient observation tower in the Three Gorges from October， 2010 to May， 2012， variation of month， quarter and annual were analyzed. The result shows that mean wind speed presents monthly changes in basic agreement from 10 layer to 100 layer， in type of ‘W. And annual mean wind speed has little differences. The annual mean maximum speed and extreme speed has consistent change tendency， the maximum value in July and the minimum one in November. The dominant wind direction is ESE and there is no S in annual and season. The annual average temperature decreases with height， the temperature shows a single peak from month to month， the lowest temperature in January and the highest in July. The highest temperature is in summer and the lowest is in winter. The annual average relative humidity decreases with height from 8.5 layer to 50 layer， and with height increasing from 50 to 100. The pressure curve monthly changes showed ‘U type in 8.5 layer， the highest in January and lowest in July， the highest in winter and lowest in summer.

Key words Meteorological elements； Variation characteristics； Climatic gradient observation tower； Three Gorges

長(zhǎng)江流域橫跨西南、華中、華東三大經(jīng)濟(jì)區(qū)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)生活中占有重要地位[1-2]。三峽庫(kù)區(qū)處于長(zhǎng)江流域上游，是我國(guó)最大的水利水電工程。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)學(xué)者一直關(guān)注三峽氣候水文特征[2-4]，50年代末，為配合當(dāng)時(shí)擬議中的三峽水利樞紐工程，我國(guó)對(duì)長(zhǎng)江三峽及其上游地區(qū)進(jìn)行了較大規(guī)模的氣候考察，此后傅抱璞等進(jìn)行了三峽氣候的研究[5-7]。三峽河谷，水流湍急、山巒陡峭，氣候影響因素復(fù)雜，氣候特征既有山地氣候的一般規(guī)律，又有水域氣候的特點(diǎn)[7]。郭渠等分析認(rèn)為三峽庫(kù)區(qū)暴雨日數(shù)呈現(xiàn)沿長(zhǎng)江向南北增加的分布特征[8]。盧晨晨等從水汽凝結(jié)潛熱作用的兩維靜力方程出發(fā)，分析三峽江陸面上方易出現(xiàn)大風(fēng)，江面比兩岸易形成暴雨[9]。因此，研究三峽庫(kù)區(qū)氣候特征不僅對(duì)三峽流域經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，且對(duì)長(zhǎng)江上游流域長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。筆者在此利用2010年12月～2012年5月三峽氣候梯度觀測(cè)塔的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)氣候梯度塔各層氣候要素的月、季、年變化特征進(jìn)行分析。

1 資料與方法

1.1 氣候梯度塔基本情況

三峽氣候梯度觀測(cè)塔位于湖北省秭歸縣（30°52′30″ N、110°58′02″ E），海拔184.0 m（圖1），2009年11月建成，12月開(kāi)始觀測(cè)。氣候塔高度100 m，分8.5、10、30、50、70和100 m 6層，觀測(cè)氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向5種氣候要素。氣壓僅觀測(cè)8.5 m高度，風(fēng)速和風(fēng)向觀測(cè)由10 m開(kāi)始，觀測(cè)5層，氣溫和相對(duì)濕度觀測(cè)8.5～100 m，觀測(cè)6層，其中風(fēng)速觀測(cè)最大風(fēng)速、極大風(fēng)速和平均風(fēng)速3種。

1.2 氣候梯度塔觀測(cè)資料與方法

三峽氣候梯度觀測(cè)塔氣候要素資料來(lái)自湖北省氣候信息技術(shù)保障中心，氣候要素10 min記錄一次，資料時(shí)段為2010年12月1日～2012年5月30日，其中2011年資料為完整一年，氣候資料經(jīng)過(guò)初步資料控制。利用氣候統(tǒng)計(jì)方法，分析氣候梯度觀測(cè)塔各層次氣候要素年、月、季特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)速變化特征

2.1.1 平均風(fēng)速。從三峽氣候梯度塔各層平均風(fēng)速逐月變化（圖2a）可以看出，10～100 m各層平均風(fēng)速逐月變化基本一致，呈“w”型，12月最大，10月最小；各層年平均風(fēng)速相差不大，均在1.7～2.0 m/s，平均風(fēng)速隨高度而增大，但增幅較小，30～50 m平均風(fēng)速基本相同，僅比10 m大0.2 m/s，而70～100 m平均風(fēng)速也基本相同，僅比30～50 m大0.1 m/s。10 m月平均風(fēng)速最大值為2.8 m/s，出現(xiàn)在12月，最小值出現(xiàn)在10月，為1.2 m/s；30 m月平均風(fēng)速最大值為3.1 m/s，出現(xiàn)在12月，最小值為1.5 m/s，出現(xiàn)在10月；50 m平均風(fēng)速最大值為12月的3.2 m/s，最小值為1.5 m/s，出現(xiàn)在10月；70 m平均風(fēng)速最大值為12月的3.2 m/s，最小值為1.4 m/s，出現(xiàn)在10月；100 m平均風(fēng)速最大值為各層最大，為3.3 m/s，最小值為1.5 m/s，出現(xiàn)在10月。

2.1.2 最大風(fēng)速。由圖2b可見(jiàn)，氣候梯度觀測(cè)塔年平均最大風(fēng)速為10.6～11.3 m/s，各層月平均最大風(fēng)速變化基本一致，7月最大，12月次之，11月最?。桓鲗釉缕骄畲箫L(fēng)速層間相差不大，最大風(fēng)速隨高度而增大，但50 m以上最大風(fēng)速增幅較小，尤其是50、70 m兩層最大風(fēng)速基本一致，出現(xiàn)等風(fēng)速層；就各層最大風(fēng)速的時(shí)間分布來(lái)看，3～5月層間最大風(fēng)速相差較大，其他月份風(fēng)速相差較小。10 m月平均最大風(fēng)速最大值為17 m/s，出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在11月，為5.6 m/s；30 m月平均最大風(fēng)速最大值為17 m/s，出現(xiàn)在7月，最小值為5.7 m/s，出現(xiàn)在11月；50 m平均最大風(fēng)速最大值為7月的17.0 m/s，最小值為5.9 m/s，出現(xiàn)在11月；70 m平均最大風(fēng)速最大值為7月的17.1 m/s，最小值為6.1 m/s，出現(xiàn)在11月；100 m平均最大風(fēng)速最大值為17.4 m/s，出現(xiàn)在7月，最小值為1.5 m/s，出現(xiàn)在11月。

2.1.3 極大風(fēng)速。由圖2c可見(jiàn)，氣候梯度觀測(cè)塔。

年平均極大風(fēng)速為15.4～15.7 m/s，與最大風(fēng)速變化趨勢(shì)相一致，各層逐月平均極大風(fēng)速變化趨勢(shì)基本一致，7月最大，11月最??；極大風(fēng)速以70 m層最大，30 m層最小，10、50、100 m層風(fēng)速一致，但小于70 m的極大風(fēng)速。10 m月平均極大風(fēng)速最大值為30.0 m/s，出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在11月，為8.0 m/s；30 m月平均極大風(fēng)速最大值為28.2 m/s，出現(xiàn)在7月，最小值為7.5 m/s，出現(xiàn)在11月；50 m平均極大風(fēng)速最大值為7月的28.3 m/s，最小值為6.9 m/s，出現(xiàn)在11月；70 m平均極大風(fēng)速最大值為7月的288 m/s，最小值為7.5 m/s，出現(xiàn)在11月；100 m平均極大風(fēng)速最大值為30.2 m/s，出現(xiàn)在7月，最小值為7.0 m/s，出現(xiàn)在11月。

對(duì)于氣候梯度塔各層風(fēng)向的季節(jié)變化而言，春、夏、秋、冬季均以ESE為主導(dǎo)風(fēng)向，正南、正北、正西、正東風(fēng)向出現(xiàn)概率很小，尤其是各個(gè)季節(jié)幾乎沒(méi)有出現(xiàn)正南風(fēng)。這與我國(guó)季風(fēng)氣候有關(guān)，冬季盛行東北風(fēng)，夏季盛行西南風(fēng)；另外，三峽獨(dú)特的地形地貌也影響風(fēng)向，長(zhǎng)江整體呈東西走向、兩岸均為高山，故正北、正南氣流難以侵入，且梯度塔位于長(zhǎng)江北岸，背靠大山，受大山阻擋偏北氣流影響較小，而受偏南氣候影響較大。

2.3 氣溫變化特征

2.3.1 年和月變化。

三峽氣候梯度塔各層年平均氣溫在17.4～16.1 ℃，且隨高度升高而降低，8.5 m層氣溫最高，100 m層氣溫最低，兩者相差1.3 ℃。就平均氣溫的逐月變化而言（圖3），梯度塔各層氣溫逐月變化呈單峰值，1月氣溫最低，7月最高；氣溫最高值為7月的28.1 ℃，出現(xiàn)在8.5 m，最低值出現(xiàn)在100 m層，為1月的2.3 ℃；就月間各層氣溫變化而言，7月各層氣溫相差較大，即氣溫梯度最大。

3 結(jié)論

（1）三峽氣候梯度塔10～100 m各層平均風(fēng)速逐月變化基本一致，呈“w”型，12月最大，10月最?。桓鲗幽昶骄L(fēng)速相差不大，平均風(fēng)速隨高度而增大，但增幅較小，30～50 m平均風(fēng)速基本相同，僅比10 m大0.2 m/s，而70～100 m平均風(fēng)速也基本相同，僅比30～50 m大0.1 m/s。年平均最大風(fēng)速10.6～11.3 m/s，各層月平均最大風(fēng)速變化基本一致，7月最大，12月次之，11月最小；年平均極大風(fēng)速15.4～15.7 m/s，與最大風(fēng)速變化趨勢(shì)相一致，各層逐月平均極大風(fēng)速變化趨勢(shì)基本一致，7月最大，11月最小。

（2）三峽氣候梯度塔各層全年及各個(gè)季節(jié)ESE為主導(dǎo)風(fēng)向，ENE、ESE、NNE、SSE和WNW風(fēng)向出現(xiàn)的頻率也較高。全年及各個(gè)季節(jié)正北、正南、正東、正西風(fēng)向出現(xiàn)概率很小，尤其是正南風(fēng)全年中幾乎均沒(méi)有出現(xiàn)。

（3）三峽氣候梯度塔各層年平均氣溫在17.4～16.1 ℃，且隨高度升高而降低，8.5 m層氣溫最高，100 m層氣溫最低；就逐月變化而言，梯度塔各層氣溫逐月變化呈單峰值，1月氣溫最低，7月最高；就季節(jié)而言，夏季最高、冬季最低。

（4）三峽氣候梯度塔各層年平均相對(duì)濕度在62.3%～73.4%，8.5～50 m隨高度升高而降低，50～100 m則隨高度升高而上升。就逐月變化而言，梯度塔各層相對(duì)濕度11月最大，12月最低；季節(jié)變化為秋季最高，冬季最低，春、夏季居中。

（5）三峽氣候梯度塔8.5 m高度氣壓逐月變化曲線來(lái)看，氣壓曲線逐月變化呈“U”型變化，1月氣壓最高，7月氣壓達(dá)最低值；就季節(jié)變化而言，冬季氣壓最高，夏季最小，春、秋季居中。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡東生，張華京，徐冰，等.長(zhǎng)江中游荊江流域環(huán)境演變及兩湖平原盆地形成過(guò)程[J].中國(guó)工程科學(xué)，2010，2（2）：36.

[2] 趙文蘭，葉愈源.近500年長(zhǎng)江中游氣候變化的初步研究[J].水文，1996（5）：19-23.

[3] 水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì).長(zhǎng)江流域水旱災(zāi)害[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2002：3-4.

[4] 周月華，高賢來(lái).1470～2000年湖北省旱澇變化分析[J].氣象 2003，29（12）：18-21.

[5] 傅抱璞.山地氣候[M].北京：科學(xué)出版社，1993.

[6] 潘守文.小氣候考察的理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，1987.

[7] 于強(qiáng)，彭乃志，傅抱璞.三峽氣候的基本特征和成因的初步研究[J].湖泊科學(xué)，1996，8（4）：305-311.

[8] 郭渠，龍中亞，程炳巖，等.我國(guó)三峽庫(kù)區(qū)近49年暴雨氣候特征分析[J].水文，2011，31（6）：86-91.

[9] 盧晨晨，陸維松，陶麗，等.三峽庫(kù)區(qū)對(duì)局地暴雨和江面大風(fēng)影響的理論模型[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（5）：555-566.