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本文利用辽东半岛多个气象站的资料比较全面地分析研究了辽东半岛地区极端风速及其特征,同时还分析研究了可造成瞬间极强风速的龙卷风及其气候特征等。文中所用资料取自各气象站建站至2005年的观测数据,最大风速最长的序列可达54年。主要结果如下。
(1)辽东半岛属暖温带气候。其主要气候特征是四季分明,冬季寒冷,干燥少雪;春季干旱多风;夏季高温多雨;秋季天高云气爽。辽东半岛中尺度范围是三面环海,受海洋的影响而带有海洋气候的某些特点。全年盛行西风环流,冷空气活跃。
(2)年平均风速以半岛西南端的旅顺、大连较大,向东北逐渐减小;海岸带的风速显著高于半岛内部。辽东半岛的风向表现出鲜明的季风气候特征,冬半年盛行北风,夏季盛行偏南风。就全年而言,大多数站点以偏北风(N,NNE)为主导风向,以偏南风(S,SSE)为次主导风向,主导与次主导风向的频率相差不多。
(3)海岛和半岛内陆的大风日数差异悬殊,自海滨向半岛内陆大风出现日数和可能的延续天数迅速减少。从实测最大风速分析,辽东半岛地区历史上以长海站发生的最大风速为最大,其发生在1985年8月20日,风速32.7m/s,风向SSE。从实测极大风速分析,辽东半岛地区1991年以来以瓦房店站发生的极大风速为最大,其发生在1994年2月8日,风速32.1m/s,风向N。
(4)辽东半岛地区产生年极大风速和年最大风速的天气系统大体上可归纳为6类:高低压配置、温带气旋、冷高压、高压后部、台风、飑线。其中以高低压配置、温带气旋、冷高压占绝大多数,三种天气类型合计有273次,约占总数的89%。
(5)春季3、4月份是发生年极端风速的最多季节,冬季各月份是次多季节,夏末秋初明显是少发季节,但8月份是个例外发生较多。这主要是由于辽东半岛地处中高纬海陆交界,春季辽东半岛地区冷暖空气交汇,极易形成有利于造成大风天气的高低压配置,再加上气旋活动频繁,使得春季成为辽东半岛地区发生年极端风速的盛季。冬季冷空气不断入侵,高低压有利配置,冷高压活动加剧,极易形成寒潮大风,使得冬季成为辽东半岛地区发生年极端风速的次多季节。夏末秋初,有利于形成大风的高低压配置、冷高压活动明显减弱,较少发生大风,但8月份影响到辽东半岛地区的气旋和台风活动频繁,使得发生在8月份的年极端风速次数较多。
(6)选用熊岳、大连、普兰店、长海、旅顺5个位于辽东半岛海岸线附近的气象站器测最大风速和极大风速资料,分析辽东半岛区域的年最大风速和年极大风速。收集了各气象站的位置和观测环境及风观测仪器的历史沿革,分析其对极端风速观测数据的影响,分别针对观测高度和平均时间对原始数据序列进行了修正。分海岛站和陆地站两种类型对极大风速和最大风速进行拟合,插补无观测的极大风速序列。
(7)发现半岛内多数气象观测站的年极端风速序列有比较显著的下降趋势。近年来由于城市化和乡镇化的发展,地面气象观测环境普遍恶化,导致风速观测值一般地将偏低。这可能是近若干年来各站的年极大风速和年最大风速呈显著下降趋势的重要原因之一。此外,测站搬迁,观测仪器的更新换代,都可使得年极端风速序列发生趋势波动。
(8)采用极值分析理论中的耿贝尔分布分析所选5个气象站的年极大风速与年最大风速时间序列,得出各测站的不同时间间隔的极端风速估计值。作为一种偏保守的估计,以长海站资料拟合计算得到的最大风速作为辽东半岛地区最大风速的估计值。辽东半岛地区10m高度处百年一遇最大风速值为37.5m/s。具有100年平均再现间隔的风速值有68.3%的置信度将落在37.5±2.7m/s区间内;100年平均再现间隔的风速值将有84.1%的置信度不会超过40.2m/s;100年平均再现间隔的风速值将有97.7%的置信度不会超过42.9m/s。
(9)作为一种偏保守的估计,以大连站极大风速资料统计拟合推算出的极大风速作为辽东半岛地区极大风速的估计值。辽东半岛地区10m高度处百年一遇极大风速值为55.0m/s。具有100年平均再现间隔的风速值将有68.3%的置信度落在55.0m/s±3.5m/s区间内,100年平均再现间隔的风速值将有84.1%的置信度不会超过58.5m/s,100年平均再现间隔的风速值将有97.7%的置信度不会超过62.0m/s。由于大连和长海的极端风速序列有较明显的下降趋势,这里面有气象站测站搬迁,环境变化,仪器更替等原因,实际上极端风速可能并没有减弱或减弱得没有看起来这么明显。这种含有人为因素的下降趋势导致采用耿贝尔方法进行极值分析时,得出的辽东半岛地区不同再现间隔时间极端风速的估计值可能比实际的值要高一些。
(10)由于龙卷风固有的突发性、时间和空间上的小尺度特性等,使得现有气象观测网几乎捕捉不到龙卷风的踪迹,使得现有的极端风速资料中并不包含龙卷风造成的极端强风。因此在分析研究极端风速时,还应当考虑龙卷风造成的瞬间强风。
(11)1952-2003年期间辽宁区域共出现82次龙卷风,采用较客观的评分方法,最终评定为F3级1次,F2级16次,F1级55次,F0级10次。已知发生过的龙卷风最大强度为F3.0级,对应的瞬间极大风速为70~75m/s。虽然调查得到的辽宁区域内龙卷风发生的次数不是很多(与其他沿海省份相比),但强度不小,低强度事件仍有遗漏。
(12)在这52年中,辽宁省区域内平均每年发现龙卷风1.58次;龙卷风在70、80年代出现较多,其中1980年最多发现6次,无龙卷风发现记录的共有14年。一年当中龙卷风事件主要出现于具备高温高湿的夏季和秋季,其中7月份最多。而一天当中,龙卷风多发生在午后至傍晚的这段时间内。
(13)造成辽宁龙卷风强对流天气的天气尺度背景依次为:低压冷锋、东北冷涡、辐合线、暖区。其中低压冷锋和东北冷涡共有54次,占到总次数的70%。飑线也是辽宁发生龙卷风的重要中尺度强对流天气系统。
(14)大连、鞍山、丹东、锦州为辽宁省内龙卷风相对多发地区。在辽宁区域内,龙卷风主要发生在中北部平原地区、辽东半岛沿海地区及辽西丘陵与平原海面交界地区。辽东半岛地区为辽宁省内龙卷风相对多发地区,已知发生过的龙卷风最大强度为F2.4级,对应的瞬间极大风速为58~62m/s。