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长春市基准气候站与公路交通气象观测站风数据对比研究

范文

邢丽元张琪张海涛张明

摘要：本文统计了长春市基准气候站和市内5个不同地点公路交通气象站2019年1月至7月的分钟风速、风向数据，将基准气候站和公路交通气象站的风速数据进行回归分析，可在预报基准气候站风或发布大风预警的同时，预判市内公路交通站风的情况，提高预报的精细度和准确度。

关键词：风;对比分析;回归分析;SPSS

中图分类号：P415.12文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）04-0152-03

Abstract： This paper counted the data of wind speed and direction from norm climate station and five different road traffic weather stations from January to July 2019 in Changchun. The wind speed data of the norm climate station and road traffic meteorological stations were analyzed by regression analysis， which not only couid forecast wind condition of the norm climate station or issue high wind warning， but also could predict wind conditions of road traffic stations and improve the precision and accuracy of the forecast.

Keywords： wind;comparative analysis; regression analysis;SPSS

2018年11月26日，長春市红旗街亚细亚百货一楼门市装修围挡被大风吹倒，有4人被砸伤;皓月大路与万福街交汇口，大风把树刮倒，砸中了两辆私家车。2019年5月28日，长春市宽城区金都小镇小区，广告牌被大风从高空刮落，造成一人死亡。这两日长春市气象台发布大风蓝色预警信号，长春市国家基准站的瞬时风速分别达到23.0m/s和14.8m/s，大风给人们生命和财产造成极大危害。对基准气候站和公路交通气象站的风数据进行回归分析，在预报基准气候站风速或发布大风预警的同时，能预判市内公路交通站的风速情况，提高城市内风速预报的精细和准确程度，有效减小大风危害。

1 资料

长春市基准气候站位于西环城路5235号（纬度43゜54′N，经度125゜13′E，海拔高度236.8 m），使用DZZ6型自动气象站，观测的是10.5 m高度的风。5个DZZJ2型公路交通气象观测站，观测3.5 m高度的风。其中，1号站位于南关区净月大街，自然博物馆门前（纬度43゜84′N，经度125゜44′E）;2号站位于二道区远达大街4215号（纬度43゜93′N，经度125゜38′E），西方35 m为吴中家天下高层小区;3号站位于绿园区西安大路吉林省气象局门前绿化带（纬度43゜91′N，经度125゜26′E），南方约16 m为16层办公楼（楼宽约69 m）;4号站位于南关区前进大街和蔚山路交汇处西北角（纬度43゜82′N，经度125゜30′E），西方约10 m处为群植落叶乔木（高4 m左右），西北方约20 m有7层办公楼;5号站位于二道区四通路92号，长春市伊通河管理委员会对面绿化带（纬度43゜90′N，经度125゜37′E），北方约4 m为高架桥（东西走向）。本文统计2019年1—7月分钟风向、风速数据。

2 总体数据处理和对比分析

使用SPSS 23.0软件进行线性回归分析，调整[R]方为调整后的拟合优度，在0—1，越接近1，说明回归方程对样本数据点的拟合优度越高。检验水准设为[á]=0.05。[F]检验是回归方程的显著性检验，[P]值为实际显著性概率，当[F]检验的[P]<0.05时，说明回归关系具有统计学意义。[t]检验是回归系数的显著性检验，当[t]检验的[P]<0.05时，说明自变量对因变量有显著影响。非标准化系数[B]表示各自变量在回归方程中的系数。

在预测公路交通气象站风速时，将其设为因变量[Y]，将基准站风速和风向设为自变量[X1]和[X2]，则：

预测公路交通气象站风向时，将其设为因变量[Y]，基准站风向设为自变量[X]。总体数据分析选择比较有代表性的10 min风数据。

2.1 10 min平均风速

对1—5号站2019年1—7月全部10 min风速数据进行线性回归分析，结果如下：1—5号站均通过显著性检验，[F]检验的[P]值均为0.000b，[t]检验的[P]值均为0.000;1—5号站的调整[R]方分别为0.643、0.637、0.059、0.581、0.635，除3号站外，各站预测效果较好，适合进行样本数据回归分析。

3号站回归方程调整[R]方较小，拟合度不好。这主要是因为长春市西南风较多，3号站南侧有高层建筑，一方面会形成建筑物高度15倍的风影区[1]，风影区内，风向改变，形成涡流，风速减小;另一方面，气流在高层建筑上部受阻，转而顺建筑表面向下运动，到达建筑底部，与地面水平向气流混合，底部空间风环境复杂。仅根据基准站风向、风速的预测效果不好，需要引入其他相关因素。

2.2 10 min平均风向

根据近年来许多学者对近地层风场研究，城市风向与街道方向、街道的高度与宽度、街角的形式[2]有关;与建筑物的布局、建筑物的高度、厚度和视宽角有关[3];与园林植物的自身特性和空间布局有关[4]。

本文分析的5个交通气象站周围环境较为复杂。因为风是湍流运动，风向受多种因素共同影响。本文先按八方位对基准站与每个交通气象站的风向进行统计分析。对比后发现交通气象站风向受不同环境影响，变化极大。随后对风向进行线性回归分析，5个交通气象站都通过显著性检验，调整[R]方依次为0.303、0.203、0.000、0.042、0.168。因各站回归方程对样本的拟合度较低，实用性较差，仅根据基准站风向，不适合预测交通气象站风向。

3 样本数据处理和对比分析结果

大气环流产生的自然风在进入城市时风速会衰减。当风绕过障碍物流动，形成风影区，风速会减小，而在建筑角流区或受局地地形影响风速也会增大。为了能准确地分析基准站与不同公路交通站的风速关系，对风速大于一定阈值的数据进行回归分析。

《吉林省气象灾害预警信号发布标准及防御指南》中规定了发布大风蓝色预警信号的标准：24 h内可能受大风影响，平均风力可达6级以上，或者阵风（区域站极大值）8级以上，或者已出现并将持续。在实际工作中，当平均风力大于5级，阵风大于7级，可考虑发布大风预警。为了满足实际工作需要，在发布大风预警的同时预判各交通站的风。本文提取基准站、1—5号交通气象站所有10 min平均风速≥8.0 m/s、瞬时风速≥13.9 m/s的日期的所有分钟数据（风速≥0.2 m/s）进行线性回归，输出结果如下。

3.1 1号站（样本47549）

当基准站10 min平均风速达到6级时，1号站最大可达4级。基准站瞬时风速达到8级时，1号站最大可达7级。

3.1.1 1号站10 min平均风速。SPSS输出结果[R]方与调整[R]方为0.625，[F]值为39 723.140，显著性为0.000b。1号站10 min平均风速系数如表1所示。

3.1.2 1号站瞬时风速。SPSS输出结果[R]方与调整[R]方为0.383，[F]值为14 739.806，显著性为0.000b。1号站瞬时风速系数如表2所示。

3.2 2号站（样本60651）

当基准站10 min平均风速达到6级时，2号站最大可达4级;当基准站瞬时风速达到9级时，2号站最大可达8级。但是，当基准站为西风时，会出现基准站瞬时风速达到7级而2号站达9级的情况。这可能是因为2号站西侧是南北向高层小区，楼间形成了“狭管效应”，使瞬时风速突增。

3.2.1 2号站10 min平均风速。SPSS输出结果[R]方与调整[R]方为0.530，[F]值为34 236.609，显著性为0.000b。2号站10 min平均风速系数如表3所示。

3.2.2 2号站瞬时风速。SPSS输出结果[R]方为0.358，调整[R]方为0.357，[F]值为16 873.627，显著性为0.000b。

3.3 3号站（样本54495）

当基准站10 min平均风速达到6级时，3号站最大可达4级。由于3号站受环境影响较大，容易出现瞬时强风。当基准站瞬时风速为3～6级时，3号站最大为7～8级。

对3号站10 min平均风速、瞬时风速进行线性回归分析，通过显著性检验，但调整R方仅为0.020和0.016，因环境特殊，不适合根据基准站的风速预测3号站风速，需要引入其他相关因素。

3.4 4号站（样本61329）

一般情况下，当基准站10 min平均风速达到6级时，4号站最大可达4级。但基准站为北风时，4号站处于西北方办公楼的角流区，风速增大，两站的10 min风速能达到相同级别。一般情况下，当基准站瞬时风速达到9级时，4号站最大可达7级。受西侧树丛影响，当基准站为西风时，瞬时风速达8级，4号站可达9级;当基准站为西南风时，瞬时风速达7级，4号站可达8级;北风时，基准站瞬时风速达5级，4号站可达7级。

3.4.1 4号站10 min平均风速。SPSS输出结果[R]方与调整[R]方为0.499，[F]值为30 511.879，显著性为0.000b。4号站10 min平均风速系数如表5所示。

3.4.2 4号站瞬时风速。SPSS输出结果[R]方与调整[R]方为0.386，[F]值为19 303.229，显著性为0.000b。4号站瞬时风速系数如表6所示。

3.5 5号站（样本50090）

当基准站10 min平均风速达到6级时，5号站最大可达4级。一般情况下，瞬时风速基准站达到9级时，5号站最大可达6级。当基准站为西或西南风时，受周围环境影响，5号站瞬时风速会出现与基准站相同的7级风，但风向为东。

3.5.1 5号站10 min平均风速。SPSS输出结果[R]方与调整[R]方为0.621，[F]值为40966.802，显著性为0.000b。5号站10 min平均风速系数如表7所示。

3.5.2 5号站瞬时风速。SPSS输出结果[R]方与调整[R]方为0.432，[F]值为19 054.574，显著性为0.000b。5号站瞬时风速系数如表8所示。

4 结论

①公路交通气象观测站的风速可以根据基准站预测，但风向不适于根据基准站风向预测。

②公路交通气象观测站的安装位置应与高层建筑、树丛、高架桥等障碍物有足够的距离，使其更具有代表性。

③考虑到周围环境的影响，在预测市内瞬时风速时，应加大1～2个级别。

参考文献：

[1]陈飞.高层建筑风环境研究[J].设计研究，2008（2）：72-77.

[2]林京升.建筑风环境模式研究[D].上海：同济大学，1996.

[3]田东霞，郭建霞，关彦华，等.风观测对障碍物距离要求的定量估计[J].高原气象，2015（3）：870-880.

[4]陈红.郑州市居住区绿色空间布局对风环境的影響效应[D].郑州：河南农业大学，2018.

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