廈門地區(qū)海陸風(fēng)環(huán)流觀測及特征分析荀愛萍;黃惠镕;陳德花【摘要】通過統(tǒng)計分析2016年5月~2017年4月廈門高時空分辨率的地面觀測站資料，得到以下結(jié)論:海陸風(fēng)日在時間分布上天數(shù)最多的月份為2017年4月有13天，最少的月份為2016年10月，僅為7天.在空間分布上，在海邊的站點海陸風(fēng)日天數(shù)較少而稍近內(nèi)陸的站點天數(shù)較多，這種區(qū)別在夏季更加明顯;陸風(fēng)轉(zhuǎn)海風(fēng)的時刻主要是在09~12時，海風(fēng)轉(zhuǎn)陸風(fēng)多在21~24時，稍近內(nèi)陸的站點相比海邊的站點海風(fēng)起風(fēng)時間和陸風(fēng)起風(fēng)時間都較早一些;海陸風(fēng)日海風(fēng)風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸風(fēng)風(fēng)速.利用風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)和觀測站資料對廈門地區(qū)海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展高度及典型海陸風(fēng)日進(jìn)行分析,可知廈門地區(qū)48%的海陸風(fēng)環(huán)流能夠發(fā)展到150m高度及以上,2016年10月海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展高度最高，最高可達(dá)750m;海風(fēng)順轉(zhuǎn)一般從低層開始,逐漸向高層推進(jìn)，整層轉(zhuǎn)變需要2.5h左右.【期刊名稱】《海峽科學(xué)》【年(卷)，期】2017(000)012【總頁數(shù)】5頁(P3-7)【關(guān)鍵詞】廈門地區(qū);海陸風(fēng)環(huán)流;風(fēng)廓線雷達(dá);典型海陸風(fēng)日【作者】荀愛萍;黃惠镕;陳德花【作者單位】海峽氣象開放實驗室;廈門市氣象臺;海峽氣象開放實驗室;廈門市氣象臺;海峽氣象開放實驗室;廈門市氣象臺【正文語種】中文海陸風(fēng)是沿海地區(qū)大氣邊界層中特有的一種局地中小尺度地形性環(huán)流，是以日為周期變化的風(fēng)系，海陸風(fēng)不僅會影響局地的天氣變化，有時會沿著海風(fēng)鋒觸發(fā)雷暴大風(fēng)、短時強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣［1］，而且影響地區(qū)大氣污染物的擴(kuò)散和輸送，與城市環(huán)境密切相關(guān)［2-3］。學(xué)界對海陸風(fēng)的研究最早開始于20世紀(jì)20年代，Jeffreys提出海陸風(fēng)的生成理論，指出海陸溫差弓I起的氣壓梯度力與摩擦力相平衡產(chǎn)生的摩擦風(fēng)即為海陸風(fēng)［4］,在此基礎(chǔ)上，海陸風(fēng)理論研究不斷發(fā)展成熟，從線性理論階段發(fā)展到非線性理論階段［5-6］。而國內(nèi)對于海陸風(fēng)的觀測研究主要集中在華南地區(qū)［7-9］、福建沿海［10-13］、渤海灣［14-15］等地區(qū)，研究表明，不同區(qū)域的海陸風(fēng)特征具有一定的共性，例如夏季海陸風(fēng)日數(shù)大于冬季，海風(fēng)風(fēng)速大于陸風(fēng)等。風(fēng)廓線雷達(dá)作為一種新型探測工具也被應(yīng)用到海陸風(fēng)環(huán)流研究之中，徐峰等［16］利用2011年2月湛江東海島風(fēng)廓線雷達(dá)資料，系統(tǒng)分析了湛江東海島2月平均風(fēng)場特征及海陸風(fēng)特征；王志春等人［17］應(yīng)用車載風(fēng)廓線雷達(dá)探測資料分析了探測期間惠來海陸風(fēng)的空間結(jié)構(gòu)和時間演替規(guī)律；李炬等人［18］利用京津冀城市群地區(qū)6個觀測站風(fēng)廓線雷達(dá)夏季一個月同步觀測資料，對其進(jìn)行了風(fēng)功率譜和小波分析，發(fā)現(xiàn)各站平均風(fēng)矢量日變化在5:00~6:00、20:00-21:00有明顯風(fēng)速變化和風(fēng)向轉(zhuǎn)換，1500m以下風(fēng)向變化差異顯著。廈門地處我國東南沿海、福建省東南部，背靠漳州、泉州平原，東臨臺灣海峽，一年四季都會出現(xiàn)海陸風(fēng)，以春夏季節(jié)為盛，海陸風(fēng)能夠觸發(fā)對流性天氣，并且與城市環(huán)境密切相關(guān)，因此研究廈門地區(qū)的海陸風(fēng)特征顯得尤為重要。早在1988年，金文其［10］就統(tǒng)計分析了廈門地區(qū)海陸風(fēng)的特征，但由于觀測手段的限制，不能很好地分析海陸風(fēng)的垂直分布。本文在地面觀測站資料的基礎(chǔ)上，加入風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)，研究廈門地區(qū)海陸風(fēng)環(huán)流的時空分布以及垂直分布特征?？紤]所用站點資料的可靠性，本文選取國家級地面觀測站59134（廈門站）、59130(同安站)，區(qū)域自動觀測站59140(翔安站)作為研究的代表站點，圖1給出了代表站在廈門市的位置以及海拔高度。由于翔安風(fēng)廓線雷達(dá)從2016年4月開始業(yè)務(wù)運(yùn)行，本文研究時段為2016年5月~2017年4月，資料包括觀測站逐時最大風(fēng)速、風(fēng)向以及翔安站風(fēng)廓線雷達(dá)資料。其中風(fēng)廓線雷達(dá)資料探測高度為8km,1.5km以下各層高度分別為150、270、390、510、630、750、870、990、1110、1230、1350、1470m；時間分辨率為6min。根據(jù)廈門沿海海岸線呈現(xiàn)東北一西南走向的特征，本文定義E-S風(fēng)向為海風(fēng)風(fēng)向，W-N-NNE風(fēng)向為陸風(fēng)風(fēng)向，靜風(fēng)既不是海風(fēng)也不是陸風(fēng)。為了確定海陸風(fēng)日［13］，首先根據(jù)海陸風(fēng)的日變化規(guī)律，把一天24h分為4個時段，01~08時為陸風(fēng)時段，09~12時為陸風(fēng)向海風(fēng)轉(zhuǎn)化時段，13~20時為海風(fēng)時段，21~24時為海風(fēng)向陸風(fēng)轉(zhuǎn)化時段。海陸風(fēng)日24h地面觀測風(fēng)速在10m-s-1以下，同時必須滿足以下兩個條件：(1)在陸風(fēng)時段01~08時，陸風(fēng)出現(xiàn)時次必須24,而海風(fēng)出現(xiàn)時次必須＜2;(2)在海風(fēng)時段13~20時，海風(fēng)出現(xiàn)時次必須24,而陸風(fēng)出現(xiàn)時次必須＜2。沿海地區(qū)地面風(fēng)向變化的原因主要包括系統(tǒng)風(fēng)以及下墊面摩擦作用引起的風(fēng)向改變和海陸熱力差異導(dǎo)致的海陸風(fēng)效應(yīng)［13］。廈門地處福建東南沿海，影響系統(tǒng)較為單一，冬半年常處于冷高壓南部邊緣，盛行東北—北東北風(fēng)，夏半年常為副熱帶高壓控制，以偏南風(fēng)為主，季風(fēng)特征明顯。圖2給出了2016年5月~2017年4月各月各代表站點的海陸風(fēng)日天數(shù)，其中，同安站全年海陸風(fēng)日天數(shù)最多，為167d;廈門站次之，為107d；而翔安站最少，只有64d。站點差別較大，這可能與廈門的地形、站點的海拔高度及位置有關(guān)，廈門海陸地形復(fù)雜，既有內(nèi)外海，又有眾多的港灣，地形對海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換有明顯的影響。翔安站以及廈門站靠近沿海，四周受海洋的影響較明顯，與靠近內(nèi)陸站點相比，海陸熱力差異相對較小，且常年平均風(fēng)速較大，不利于海風(fēng)環(huán)流的形成與維持，其中廈門站臨近的是內(nèi)灣，且海拔高度較高(140.6m)，受下墊面的影響較小，海陸熱力效應(yīng)更明顯一些。同安站處于距離海岸線大概20km的內(nèi)陸，北部存在1000m以上的山體，海陸熱力差異更加明顯，平均風(fēng)速也較小，更有利于海風(fēng)環(huán)流形成，在夏季這種區(qū)別更加顯著。從三站平均各月海陸風(fēng)日天數(shù)來看，4月最多，有13d，而10月最少，只有7d,全年其他月份基本在8~11d,相差不是特別大。而從單站來說，靠近海邊的站點廈門站和翔安站夏季海陸風(fēng)日天數(shù)較少，分別只有17d和11d，而稍近內(nèi)陸的站點同安站有47d。海陸風(fēng)多產(chǎn)生在弱天氣系統(tǒng)控制下，當(dāng)大尺度背景風(fēng)場較強(qiáng)時，海陸風(fēng)常常被〃淹沒”。2016年5月~2017年4年，各月海陸風(fēng)日天數(shù)相差不大，一方面可能是僅一年的樣本數(shù)較少，另一方面也可能和這一年的大尺度背景風(fēng)場相關(guān)。圖3給出了2016年5月~2017年4月各月各代表站點海陸風(fēng)日的平均海風(fēng)風(fēng)速和陸風(fēng)風(fēng)速，廈門站的陸風(fēng)風(fēng)速全年都較大，主要由于廈門站的海拔高度較高，而同安站和翔安站的陸風(fēng)風(fēng)速則較小。廈門站和翔安站靠近海邊，同安站稍近內(nèi)陸，海風(fēng)風(fēng)速翔安站比較大，廈門站次之，同安站最小。從三站平均來看，在全年各個月份的海陸風(fēng)日中，海風(fēng)風(fēng)速明顯大于陸風(fēng)風(fēng)速，海風(fēng)風(fēng)速全年都大于3m?s-1,而陸風(fēng)風(fēng)速則全年都小于3m?s-1。對于陸風(fēng)風(fēng)速，冬季的風(fēng)速較大，其中1月最大，為3m?s-1，夏季風(fēng)速較小，6月僅為1.9m?s-1。而海風(fēng)風(fēng)速全年差別不大。為了進(jìn)一步研究海陸風(fēng)日的海風(fēng)與陸風(fēng)時間分布特征，挑選出海陸風(fēng)日之中各個時刻發(fā)生海風(fēng)與陸風(fēng)的頻次，圖4是各代表站海陸風(fēng)日的陸風(fēng)、海風(fēng)發(fā)生頻次曲線。可以看到，海風(fēng)、陸風(fēng)的分布都呈現(xiàn)正弦式變化，且分布形式與站點的位置、頻次無關(guān)。01~08時是海風(fēng)的間歇期，頻次較少，各站點基本無海風(fēng)出現(xiàn)，從09時開始，海風(fēng)頻次開始增多，14~19時為高峰，這是因為陸地溫度通常在14時達(dá)到最大值，下午溫度普遍維持較高。同時可以看到，翔安站海風(fēng)的起風(fēng)時間略晚，10時海風(fēng)頻次開始明顯增多，廈門站更晚一點，到11時海風(fēng)頻次開始明顯增多，這可能與其海拔高度有關(guān)。從陸風(fēng)的頻次曲線可以看到，其分布形態(tài)與海風(fēng)頻次基本相反，夜間陸風(fēng)的頻次較多，而白天較少，13~21時是陸風(fēng)的間歇期，頻次較少，尤其是14~19時，各站點基本都無陸風(fēng)出現(xiàn)，9~12時陸風(fēng)頻次減少，海風(fēng)頻次增多，海風(fēng)與陸風(fēng)并存，表明9~12時主要為陸風(fēng)向海風(fēng)轉(zhuǎn)換的時期，而21-24時陸風(fēng)頻次增多，海風(fēng)頻次減少，該時段為海風(fēng)向陸風(fēng)轉(zhuǎn)換的時期。從陸風(fēng)的起風(fēng)時間來看，同安站的起風(fēng)時間較廈門站和翔安站要早一點，21時陸風(fēng)頻次就明顯增大，而其他兩站基本在22時才開始起風(fēng)。利用翔安風(fēng)廓線雷達(dá)資料分析廈門地區(qū)海陸風(fēng)環(huán)流的發(fā)展高度，2016年5月到2017年4月全年翔安站海陸風(fēng)日數(shù)一共有64d，其中海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展到150m高度的有31d（占48%），發(fā)展到270m高度的有18d，發(fā)展到390m高度的有7d，發(fā)展到510m高度的有3d，發(fā)展到630m和750m高度的有1d（為2016年10月3日），所列發(fā)展高度的天數(shù)均為前者包括后者。圖5給出了海陸風(fēng)環(huán)流不同發(fā)展高度的天數(shù)的月分布，可以看到，2016年8月、10月以及2017年3月海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展高度較高，均可以發(fā)展到510m及以上，而2016年7月及9月海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展高度較低，均在150m以下。圖6給出了2016年10月3日風(fēng)廓線雷達(dá)觀測的海陸風(fēng)的水平風(fēng)矢量的時間一高度剖面圖，海陸風(fēng)環(huán)流非常明顯，01~09時從低層到高層都是以東北風(fēng)為主，低層陸風(fēng)風(fēng)速較小，基本在4m?s-1以下，而高層風(fēng)速較大，10~14時，低層到高層風(fēng)向均從東北風(fēng)慢慢順時針轉(zhuǎn)成東南風(fēng)，低層到高層海風(fēng)風(fēng)速均較小。同時可以看到，越到高層，海風(fēng)風(fēng)向越多的時次是東風(fēng)。海陸風(fēng)的轉(zhuǎn)換一般都是從低層開始，當(dāng)陸風(fēng)轉(zhuǎn)為海風(fēng)時，近地層由于地面加熱升溫最快，故風(fēng)向最先開始偏轉(zhuǎn)，隨著地面加熱高度的上升，從下到上各層大氣溫度均開始升高，由下至上風(fēng)向均開始偏轉(zhuǎn)。同樣，海風(fēng)轉(zhuǎn)陸風(fēng)，也是因為地面降溫最快，偏轉(zhuǎn)也是從低層向高層推進(jìn)。圖7給出了2016年10月3日典型海陸風(fēng)日陸風(fēng)轉(zhuǎn)海風(fēng)時各層風(fēng)向變化，可以看到，11:00左右，150m高度風(fēng)向由ENE轉(zhuǎn)變?yōu)镾SW，風(fēng)速很小，在1m?s-1以下，11:30左右，270m高度和390m高度完成陸風(fēng)向海風(fēng)的轉(zhuǎn)變，之后直到13:00左右，510m高度風(fēng)向從ENE順轉(zhuǎn)為E，13:30左右，630m和750m高度風(fēng)向順轉(zhuǎn)成東南一南風(fēng)，整個海陸風(fēng)環(huán)流完成陸風(fēng)轉(zhuǎn)海風(fēng)所需要的時間大概為2.5h，在海風(fēng)盛行時段，東風(fēng)維持時間較長。本文利用2016年5月-2017年4月廈門高時空分辨率地面自動站資料，對海陸風(fēng)日的時空分布、強(qiáng)度以及轉(zhuǎn)換時刻進(jìn)行分析研究，另外加入風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)對海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展高度及典型海陸風(fēng)日進(jìn)行分析，得出結(jié)論如下：(1)海陸風(fēng)日在時間分布上天數(shù)最多的月份為2017年4月，有13d，最少的月份為2016年10月，僅為7d。在空間分布上，在海邊的站點海陸風(fēng)日天數(shù)較少，而稍近內(nèi)陸的站點天數(shù)較多，這種區(qū)別在夏季更加明顯。(2)陸風(fēng)轉(zhuǎn)海風(fēng)的時刻主要是在09~12時，海風(fēng)轉(zhuǎn)陸風(fēng)多在21~24時，稍近內(nèi)陸的站點相比海邊的站點海風(fēng)起風(fēng)時間和陸風(fēng)起風(fēng)時間都較早一些。在海陸風(fēng)日中，海風(fēng)風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸風(fēng)風(fēng)速，海邊站點的海風(fēng)風(fēng)速大于稍近內(nèi)陸的站點。(3)在統(tǒng)計的樣本中，只有48%的海陸風(fēng)日其環(huán)流可以發(fā)展到150m高度及以上，2016年10月海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展高度最高，最高的可以到750m，海陸風(fēng)環(huán)流陸風(fēng)向海風(fēng)的轉(zhuǎn)變最先從低層開始，慢慢向高層推進(jìn)，整層轉(zhuǎn)變需要2.5h左右?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】東高紅，何群英，劉一瑋，等.海風(fēng)鋒在渤海西岸局地暴雨過程中的作用[J].氣象，2011,37(9):1100-1107.陳訓(xùn)來，馮業(yè)榮，范紹佳，等.離岸型背景風(fēng)和海陸風(fēng)對珠江三角洲地區(qū)灰霾天氣的影響[J].大氣科學(xué)，2008,32(3):530-542.陸希，壽紹文.珠三角地區(qū)海陸風(fēng)的數(shù)值模擬及城市化對其影響研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009,37(1):312-315.JeffreysH.Onthedynamicsofwind[J].QuartJResMeteorSoc,1922,48:29-46.EstoqueMA.Atheoreticalinvestigationoftheseabreeze[J].QuartJResMeteorSoc,1961,87:134-136.MahrerY,PielkeRA.Theeffectsoftopographyonseaandlandbreezeinatwodimensionalnumericalmodel[J].MonWeaRev,1977,105:1151-1162.周伯生,汪永新,俞健國，等.廣東陽江沿海地區(qū)海陸風(fēng)觀測結(jié)果及其特征分析[J].熱帶氣象學(xué)報，2002,18(2):188-192.朱乾根,周軍,王志明，等.華南沿海五月份海陸風(fēng)溫壓場特征與降水[J].大氣科學(xué)學(xué)報，1983(2):150-158.ZhangLifeng,ZhangMing,LamPatrick.Studyofsea-land