景德鎮(zhèn)市風(fēng)力資源分布與氣候變化分析

計(jì)桂平,陳鮑發(fā),馬中元

(1.景德鎮(zhèn)市氣象局,景德鎮(zhèn) 333000;2.江西省氣象科學(xué)研究所,南昌 330096)

0 引言

中國(guó)的風(fēng)力資源非常豐富,同時(shí)也是世界上開(kāi)發(fā)利用風(fēng)力資源最早的國(guó)家[1]。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)是清潔能源經(jīng)營(yíng)中的新課題,前途廣闊,潛力無(wú)窮,既可以提供充足的電力,又不增加環(huán)境的壓力,同時(shí)還具有十分可觀的開(kāi)發(fā)價(jià)值。開(kāi)發(fā)風(fēng)力資源有助于發(fā)展經(jīng)濟(jì),對(duì)風(fēng)力資源的研究應(yīng)結(jié)合近幾年的研究成果[2-3]。宋婧[4]提出基于風(fēng)力資源分布的中國(guó)風(fēng)電規(guī)劃的研究方法,并對(duì)比了風(fēng)能資源豐富地區(qū)和風(fēng)能資源一般區(qū)域。高文元等[5]設(shè)計(jì)威布爾分布參數(shù)研究了中國(guó)風(fēng)力資源的分布。彭祥榮等[6-11]分析了民勤縣、溫州、博州、康平、湖南城步南山、上海崇明島的風(fēng)力資源。朱偉強(qiáng)[12]分析了福建省沿海風(fēng)速時(shí)空分布、風(fēng)向頻率特點(diǎn)。王新堂等[13]根據(jù)鐵塔30 a風(fēng)速氣象觀測(cè)資料分析了即墨風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力資源狀況。關(guān)于江西風(fēng)力資源研究的成果較少。文章將利用景德鎮(zhèn)市多年的風(fēng)力氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)分析風(fēng)力資源的分布及氣候變化特點(diǎn),為景德鎮(zhèn)市風(fēng)能的有效利用和城市規(guī)劃提供參考依據(jù)。

1 資料來(lái)源

文章采用江西省景德鎮(zhèn)市國(guó)家基本氣象站(站號(hào)58527)1954—2022年觀測(cè)的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù),浮梁縣國(guó)家基本氣象站(站號(hào)58524)、樂(lè)平市國(guó)家基本氣象站(站號(hào)58620)及景德鎮(zhèn)市域內(nèi)有風(fēng)向、風(fēng)速觀測(cè)的38個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站2010—2022年風(fēng)觀測(cè)資料。

2 景德鎮(zhèn)市風(fēng)力資源的分布

風(fēng)力是評(píng)價(jià)風(fēng)力資源最直接的指標(biāo)。由于風(fēng)的觀測(cè)項(xiàng)目有平均風(fēng)和極大風(fēng),因此文章采用日平均風(fēng)、日極大風(fēng)來(lái)評(píng)估各地的風(fēng)力資源。

2.1 平均風(fēng)力的分布

對(duì)2010—2022年景德鎮(zhèn)市各站點(diǎn)逐日平均風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行分析,由各站點(diǎn)的平均風(fēng)速值可知,景德鎮(zhèn)境內(nèi)平均風(fēng)速多在1.0～2.0 m/s,只有塔山工業(yè)園(站號(hào):J3016)、園區(qū)南(站號(hào):J3068)超過(guò)了2 m/s,最大平均風(fēng)速在園區(qū)南(2.6 m/s)。定義平均風(fēng)速在1.5 m/s以上的地區(qū)為風(fēng)力資源較優(yōu)區(qū),則樂(lè)平市塔山工業(yè)園區(qū)(站號(hào):J3016)、樂(lè)平市區(qū)(站號(hào):58620)、浮梁縣城區(qū)(站號(hào):58524)、眾埠(站號(hào):J3060)、百樂(lè)(站號(hào):J3009)、麗陽(yáng)(站號(hào):J3037)為景德鎮(zhèn)風(fēng)力資源優(yōu)越區(qū)。浮梁誥峰村(站號(hào):J3023)、興田鄉(xiāng)(站號(hào):J3027)的平均風(fēng)速僅為0.5 m/s,為風(fēng)力資源偏差區(qū)。

2.2 平均極大風(fēng)

對(duì)2010—2022年景德鎮(zhèn)市各站點(diǎn)逐日極大風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行平均,得到各站點(diǎn)日平均極大風(fēng)速。日平均極大風(fēng)速在7 m/s或以上的有3個(gè)站,分別為園區(qū)南、塔山工業(yè)園和眾埠;日平均極大風(fēng)速在6.0～7.0 m/s的有16站,其中浮梁縣城區(qū)為6.9 m/s,百樂(lè)、麗陽(yáng)分別為6.4 m/s和6.5 m/s;日平均極大風(fēng)速在5.0～6.0 m/s的有15站;在5 m/s以下的有4站,其中浮梁誥峰村(4.6 m/s)和興田鄉(xiāng)(4.2 m/s)日平均極大風(fēng)速最小。

由此可見(jiàn),樂(lè)平市塔山工業(yè)園區(qū)、樂(lè)平市區(qū)、浮梁縣城區(qū)、眾埠日平均風(fēng)速、日平均極大風(fēng)速均為最大,是景德鎮(zhèn)風(fēng)力資源最優(yōu)區(qū),而浮梁誥峰村、興田鄉(xiāng)為風(fēng)力資源最差區(qū)域。從平均風(fēng)與平均極大風(fēng)的對(duì)比分布看,百樂(lè)、麗陽(yáng)平均風(fēng)速較優(yōu),但極大風(fēng)弱于蓮花塘(站號(hào):J3018)、園區(qū)東(站號(hào):J3066)和呂蒙鄉(xiāng)(站號(hào):J3047),與鵝湖鎮(zhèn)桃?guī)X村(站號(hào):J3028)、三龍鄉(xiāng)(站號(hào):J3024)、樂(lè)平城區(qū)(站號(hào):J3042)和景德鎮(zhèn)市區(qū)(站號(hào):58527)也接近,即這些地區(qū)均為景德鎮(zhèn)風(fēng)力資源較優(yōu)區(qū)。

3 景德鎮(zhèn)市6級(jí)以上極大風(fēng)分布特點(diǎn)及雷達(dá)回波影響系統(tǒng)

3.1 2016—2022年各站6～10級(jí)大風(fēng)日數(shù)

6級(jí)以上大風(fēng)會(huì)對(duì)居民生活產(chǎn)生影響,而8級(jí)以上大風(fēng)為災(zāi)害性天氣,極易造成人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。2016年以來(lái),有風(fēng)力觀測(cè)的各區(qū)域站運(yùn)行狀態(tài)較好,因此采用2016—2022年景德鎮(zhèn)各氣象觀測(cè)站點(diǎn)風(fēng)觀測(cè)資料來(lái)分析6級(jí)以上不同級(jí)別的大風(fēng)分布情況。分析可知,景德鎮(zhèn)市絕大部分地區(qū)均有可能出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng),只有月亮湖、園區(qū)西極大風(fēng)速為17.1 m/s,接近8級(jí)(17.2 m/s)。

從10級(jí)大風(fēng)看,蓮花塘出現(xiàn)6 d 10級(jí)大風(fēng)天氣,最大風(fēng)速為50.8 m/s;其次是樂(lè)平市國(guó)家站,出現(xiàn)4 d,最大風(fēng)速為27.5 m/s;景德鎮(zhèn)國(guó)家站、民兵水庫(kù)、眾埠均出現(xiàn)2 d,極大風(fēng)速分別為26.9、29.3和31.1 m/s。

從9級(jí)大風(fēng)看,蓮花塘、眾埠蔬菜、樂(lè)平、呂蒙鄉(xiāng)、塔山工業(yè)園、景德鎮(zhèn)、百樂(lè)村分別出現(xiàn)了14、11、8、8、5、4和4 d,有11個(gè)站未出現(xiàn)過(guò)9級(jí)大風(fēng)。

從8級(jí)大風(fēng)看,蓮花塘、眾埠、樂(lè)平、呂蒙鄉(xiāng)、塔山工業(yè)園分別出現(xiàn)46、40、22、22和20 d。

從7級(jí)大風(fēng)看,蓮花塘、眾埠、塔山工業(yè)園、西湖鄉(xiāng)、浮梁、樂(lè)平、呂蒙鄉(xiāng)、蛟潭鎮(zhèn)分別出現(xiàn)135、96、60、60、59、58、54和51 d。

從6級(jí)大風(fēng)看,蓮花塘、浮梁、眾埠、塔山工業(yè)園、樂(lè)平分別出現(xiàn)350、237、228、214和203 d。

3.2 2016—2022年景德鎮(zhèn)市域內(nèi)8級(jí)以上大風(fēng)站數(shù)

為了解各年度大風(fēng)的分布情況,對(duì)2016—2022年景德鎮(zhèn)市域內(nèi)出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)站數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)?？梢钥吹?近7 a以來(lái)景德鎮(zhèn)8級(jí)以上大風(fēng)站數(shù)以2018年最多,達(dá)28站,且12級(jí)以上大風(fēng)有4站;2021年次之(23站),且有2站出現(xiàn)12級(jí)以上大風(fēng);2020年最少,僅有9站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)。10級(jí)以上大風(fēng)每年都會(huì)出現(xiàn)至少1次,而11和12級(jí)大風(fēng)在2016,2019和2020年均未出現(xiàn),未出現(xiàn)年份占比3/7。8級(jí)大風(fēng)平均每年有19站,9級(jí)大風(fēng)平均每年有9站,10級(jí)大風(fēng)平均每年有4站。

表1 2016—2022年景德鎮(zhèn)市域內(nèi)出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)站數(shù)

3.3 造成景德鎮(zhèn)市極端大風(fēng)的雷達(dá)回波影響系統(tǒng)

大風(fēng)可分為雷暴大風(fēng)、冷空氣大風(fēng)、偏南大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)等,對(duì)景德鎮(zhèn)市各站點(diǎn)6～10級(jí)極端大風(fēng)的雷達(dá)回波進(jìn)行分析,并對(duì)照當(dāng)時(shí)的天氣形勢(shì),得到表2。由表2可知,景德鎮(zhèn)市極端大風(fēng)主要分為雷暴大風(fēng)和冷空氣大風(fēng),雷暴大風(fēng)的回波影響系統(tǒng)有颮線、超單體、強(qiáng)單體、強(qiáng)回波短帶、帶上超級(jí)單體等,以颮線居多,其次是回波短帶、超級(jí)單體,可以發(fā)現(xiàn)帶狀強(qiáng)回波是景德鎮(zhèn)市極端大風(fēng)最主要的回波系統(tǒng)。

表2 景德鎮(zhèn)市極端大風(fēng)雷達(dá)回波影響系統(tǒng)

研究景德鎮(zhèn)市極端雷暴大風(fēng)的典型雷達(dá)回波,2018-03-04T16:40一條尺度很大的西北—東南向的颮線自西向東影響景德鎮(zhèn)市,颮線的寬度、長(zhǎng)度均很大,并向東北方向拱起,帶上強(qiáng)回波中心強(qiáng)度多為50～55 dBZ,該颮線造成多地出現(xiàn)極端性大風(fēng)天氣,全市有18個(gè)站的極大風(fēng)出現(xiàn)在這個(gè)過(guò)程中。2018-08-25T15:50一條南北向的強(qiáng)回波短帶影響樂(lè)平南部,短帶強(qiáng)回波中心強(qiáng)度為60～65 dBZ,塔山工業(yè)園區(qū)出現(xiàn)極大風(fēng)(風(fēng)速19.7 m/s)。2021-03-31T05:20,有一條東北—西南向的帶狀回波影響景德鎮(zhèn)市,回波帶上西南角有一超級(jí)單體,強(qiáng)回波中心強(qiáng)度達(dá)65～70 dBZ,月亮湖極大風(fēng)風(fēng)速達(dá)17.1 m/s。2021-05-15T19:30,市區(qū)附近有一超級(jí)單體,強(qiáng)回波中心強(qiáng)度達(dá)65～70 dBZ,且有較大面積60～65 dBZ的強(qiáng)回波,伴有向東北方向伸展的弱回波區(qū),市區(qū)出現(xiàn)極大風(fēng)(風(fēng)速26.9 m/s)。

由此可見(jiàn),景德鎮(zhèn)市絕大部分地區(qū)都可能出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng),最強(qiáng)可達(dá)12級(jí)以上,2016年以來(lái)每年都有站點(diǎn)出現(xiàn)10級(jí)或以上大風(fēng),以2018年大風(fēng)的強(qiáng)度、頻率最高。景德鎮(zhèn)極端大風(fēng)主要有雷暴大風(fēng)與冷空氣大風(fēng),颮線是最主要的雷達(dá)回波影響系統(tǒng)。

4 景德鎮(zhèn)市風(fēng)力資源的氣候變化

以景德鎮(zhèn)國(guó)家站1954—2022的平均風(fēng)速、8級(jí)以上大風(fēng)日數(shù)的變化來(lái)研究景德鎮(zhèn)市風(fēng)力資源的氣候變化。

4.1 景德鎮(zhèn)市國(guó)家站1954—2022年年平均風(fēng)速

圖1是景德鎮(zhèn)市國(guó)家站1954—2022年歷年年平均風(fēng)速,可以看到1954—1956年平均風(fēng)速僅有1.2 m/s;1958—1994年,處于穩(wěn)定高位,基本在2 m/s附近或之上,1959和1992年年平均風(fēng)速最大(2.4 m/s);1994年之后迅速下降,2000—2020年降至1.0 m/s附近,處于穩(wěn)定低位;2021—2022年明顯上升,達(dá)2 m/s以上,其中2022年達(dá) 2.5 m/s,為歷年最大。

圖1 景德鎮(zhèn)市國(guó)家站1954—2022年歷年年平均風(fēng)速

4.2 景德鎮(zhèn)市國(guó)家站1954—2022年大風(fēng)日數(shù)

圖2為景德鎮(zhèn)市國(guó)家站1954—2022年歷年8級(jí)以上大風(fēng)日數(shù),最多可達(dá)9 d,出現(xiàn)在1987和2021年,而1954,1962,1997,2001,2003,2012,2013,2019和2020年為0 d。從變化趨勢(shì)看,1993—2020年為歷史低位,28 a平均大風(fēng)日數(shù)僅有1.3 d,最多的僅為3 d,有7 a為0 d。而1958—1992年為相對(duì)高峰期。

圖2 景德鎮(zhèn)市國(guó)家站1954—2022年歷年8級(jí)以上大風(fēng)日數(shù)

由此可見(jiàn),景德鎮(zhèn)市1954年以來(lái)風(fēng)力有明顯的階段性變化,1958—1994年風(fēng)力資源穩(wěn)定較好,年平均風(fēng)力在2.0 m/s附近或以上,大風(fēng)日數(shù)平均在3 d以上;1994年之后,年平均風(fēng)力明顯下降,2000—2020年為歷史低位期,平均風(fēng)力在1.0 m/s附近,大風(fēng)日數(shù)平均在1 d左右。2021和2022年風(fēng)力明顯上升,其中2022年年平均風(fēng)速達(dá)2.5 m/s,為歷年最大。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)分析景德鎮(zhèn)市1954—2022年風(fēng)力資源分布得到以下結(jié)論:

1)樂(lè)平市塔山工業(yè)園區(qū)、樂(lè)平市區(qū)、浮梁縣城區(qū)和眾埠為景德鎮(zhèn)風(fēng)力資源最優(yōu)區(qū);浮梁誥峰村和興田鄉(xiāng)為景德鎮(zhèn)風(fēng)力資源最差區(qū)域;百樂(lè)、麗陽(yáng)、蓮花塘、園區(qū)東、呂蒙鄉(xiāng),以及鵝湖鎮(zhèn)桃?guī)X村、三龍鄉(xiāng)、樂(lè)平城區(qū)、景德鎮(zhèn)市區(qū)均為景德鎮(zhèn)風(fēng)力資源較優(yōu)區(qū)。

2)景德鎮(zhèn)市絕大部分地區(qū)都可能出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng),最強(qiáng)可超過(guò)12級(jí)。2016年以來(lái)每年都有10級(jí)或以上大風(fēng)出現(xiàn),以2018年大風(fēng)的強(qiáng)度、頻率最高。極端大風(fēng)主要有雷暴大風(fēng)與冷空氣大風(fēng),颮線是最主要的雷達(dá)回波影響系統(tǒng)。

3)景德鎮(zhèn)市1954年以來(lái)風(fēng)力有明顯的階段性變化,1958—1994年風(fēng)力資源穩(wěn)定較好,2000—2020年為歷史低位期,2021和2022年風(fēng)力明顯上升,特別是2022年年平均風(fēng)速達(dá)2.5 m/s,為歷年最大。