談江西省最大風速的分布范文

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摘要:利用1974－2014年江西87個國家站數據，進行江西省年最大風速的極值分布研究。結果表明，GEV(廣義極值模型)和Pearson-III模型(極值III型，皮爾遜III型)更適合在江西估算不同重現期的年最大風速極值。江西省50年一遇的年最大風速總體分布在12．5～26．4m/s，其中以尋烏、崇義和宜黃代表的贛東南為典型的小風區域，極值不到13．0m/s，以廬山和進賢代表的贛北中部為典型的大風區域，極值達到24．0m/s?？傮w而言，江西省的年最大風速呈“倒V型”分布。結果為江西縣城及周邊平坦開闊區域的重大工程氣候可行性論證提供有力理論依據和可靠服務。

關鍵詞:最大風速;重現期估算;GEV;Pearson-III;江西

極端大風會嚴重影響建筑業［1］、林業［2］、農業［3－4］、交通行業以及相關的保險行業［5］。因此，極端大風的研究一直是學者們關注的焦點。國內極端大風的觀測記錄極為稀缺，多以最大風速代替研究。早年國內關于重現期的年最大風速估算多是針對單個或少數幾個臺站進行。龐文保［6］等分析乾縣和扶風2個臺站，鹿翠華［7］等研究棗莊單個臺站，史軍［8］等研究上海11個臺站，湯垚天［9］等分析廈門市臺站，高梓淇［10］等研究單站不同方法的適用性，蔣承霖［11］等針對廣東省6個氣象站。近年來國內出現了多臺站的區域年最大風速分布研究，但只應用一個或2個模型進行探討。謝今范［12］等應用廣義極值模型(GEV模型)估算吉林省40個氣象站的50年一遇最大風速，黃世成［13］等應用極值I型(Gumbel)分析長江下游40個氣象站的100年一遇最大風速分布情況，項瑛［14］等利用Gumbel模型分析江蘇省65個氣象站的不同重現期最大風速。然而針對江西省年最大風速分布的研究罕見，因此本文旨在進行多個極值概率模型對江西全省所有國家臺站的適用性研究，進而分析江西省年最大風速的空間分布格局。

1數據與方法

本文涉及數據由江西省氣象局信息中心提供，包括1974－2014年江西境內87個長期觀測的國家氣象臺站年最大風序列和臺站的相關參數。有些氣象站測風儀幾經更換，安裝高度也不同，需要將各站歷年的測風數據歸一化地折合到《地面氣象觀測規范》規定的標準高度，也即離地10m的高度。觀測高度修正采用風廓線冪指數公式，即:式中:h為參照高度，取10m;z為測量高度(m);Vh、Vz為相應的風速;α為冪指數取決于表面粗糙度等因素，可取0．14。風速數據經高度修正后即可以形成最大風速數據序列。本文應用Gumbel［6，8－9，13，15］、Weibull［15－18］、Pearson-III［6，8，15］和GEV共4種流行的極值估算模型，對每個臺站進行50年一遇年最大風速進行估算，并利用剩余方差和柯爾莫哥洛夫(Kolmog-orov)［19］擬合適度檢驗指標對4種模型結果進行評估，進而篩選出模擬效果優異的模型。基于極大似然法(maximumlikelihood)參數 估計具有簡便且相對優異的模擬效果［20］，本文中Gumbel模型、Weibull模型和GEV模型采取極大似然法進行參數估計。Pearson-III模型的參數估計采取MonteCarlo隨機模擬法進行10000次計算，再從中挑選模擬結果最為優異的方案。

2結果與討論

依據擬合方法的適用性評估指標中介紹的剩余方差和柯爾莫哥洛夫(Kolmogorov)擬合適度檢驗指標，篩選出4個模型中表現最優的，2種指標都是越小越好。依據剩余方差的評估指標，篩選得出各臺站擬合度最好的模型，并分別統計各模型表現最優的臺站個數，見表1。表中臺站數總和超過本報告涉及的臺站數，是因為部分臺站出現多個模型的剩余方差相同?？梢娨罁Ｓ喾讲畹闹笜耍髂Ｐ妥顑灡憩F的臺站數從多到少依次是Pearson－III型、GEV、Gumbel和Weibull。其中Gumbel和Weibull都只在1個臺站表現最優，而Pearson-III型概率分布模型則多達76個，遠多于其它3種概率分布模型的。可能的原因是Pearson－III型概率模型的參數化方案與其余3種概率模型不同，使用的是10000次擬合方案中最優的。表1依據檢驗指標，各模型表現最優的臺站數因Pearson-III型概率分布模型無法計算風速對應的出現概率，所以無法計算得出Pearson-III型概率分布模型的Kolmogorov擬合適度檢驗指標。因此只依據Kolmogorov擬合適度檢驗指標對其余3種概率分布模型進行評估?？梢娨罁﨣ol-mogorov擬合適度檢驗指標，表現最優的臺站數由多到少依次是GEV、Weibull和Gumbel。Gumbel模型的表現最優臺站數只有1個，可見Gumbel概率模型在江西境內表現堪憂。分析同一重現期的4種模型結果均值和對應的標準差分布圖。其中前者代表某一重現期下江西境內的年最大風速的空間分布，而后者代表4種模型結果的差異，可視為該重現期的年最大風速估算結果的不確定性分析。江西省50年一遇的年最大風速空間分布見圖1(a)，可知50年一遇的年最大風速總體分布在12．5～26．4m/s，其中以尋烏、崇義和宜黃為代表的贛東南部分為典型的小風區域，50年一遇的年最大風速不到13．0m/s，以廬山和進賢為代表的贛北中部為典型的大風區域，50年一遇的年最大風速達到24．0m/s?？傮w而言，江西省50年一遇的年最大風速呈“倒V型”分布。江西省50年一遇的年最大風速估算結果的不確定性見圖1(b)，可知江西省50年一遇的年最大風速估算結果的不確定性為0．2～2．8m/s，其中共67個臺站約總臺站數的78%的不確定性在1．0m/s以下，只有1個臺站即進賢站的不確定性超過2．0m/s，達到2．7m/s。因此可以認定除進賢外，江西省50年一遇的年最大風速的估算結果是可信的。由于風的局地特性，本文得出的江西省50年一遇的年最大風速的估算結果主要面向較為平坦的縣城及周邊，為與國家站周邊地形地貌相似的重大工程氣候可行性論證服務。整個江西境內復雜多變的地形對局地的年最大風速影響很大，尤其是偏遠的丘陵山區，難免會超出圖1中極值估算結果。

3結論

依據剩余方差和柯爾莫哥洛夫擬合度指標，GEV和Pearson-III模型更適合在江西使用。江西省50年一遇的年最大風速總體分布在12．5～26．4m/s，其中以尋烏、崇義和宜黃為代表的贛東南為典型的小風區域，50年一遇的年最大風速不到13．0m/s，以廬山和進賢為代表的贛北中部為典型的大風區域，50年一遇的年最大風速達到24．0m/s?？傮w而言，江西省50年一遇的年最大風速呈“倒V型”分布。本文結論可以為江西境內縣城及其周邊平坦開闊區域的重大工程氣候可行性論證提供服務。

參考文獻:

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［11］蔣承霖，黃浩輝，植石群．廣東地區大風擬合的適用性研究［J］．廣東氣象，2010，32(2):8－10．

［12］謝今范，劉玉英，張婷．吉林省年最大風速的變化特征分析［J］．吉林氣象，2010(3):2－5．

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［15］孫安健，劉小寧．極端風速分布模式在我國各氣候區域的適用性［J］．氣象，1993，19(10):12－15．

［18］孟慶珍，王增武，馮新，等．重慶地面最高氣溫與最大風速年極值的漸近分布［J］．成都信息工程學院學報，2004，19(3):436－441．

作者:沈競 彭王敏子 姚琳 溫新龍 陳勝東 單位：江西省氣象科學研究所