1963-2012年内蒙古自治区风速的时空变化特征分析

1963-2012年内蒙古自治区风速的时空变化特征分析
郭春燕
【摘要】利用内蒙古自治区1963-2012年95个地面气象观测站的风速观测资料,分析该地区风速的时空变化特征,包括内蒙古年平均风速的变化特征、四季风速变化特征、不同区域风速变化特征,旨在揭示长时间序列的历史风速变化规律,为预测今后内蒙古风速变化趋势奠定基础,并进一步为内蒙古风能资源的开发与利用提供理论参考依据.结果表明:近50a内蒙古地区年平均风速呈现非常显著的减弱趋势(p ＜0.01),平均每10a减小0.24m·s-1,50a间四季平均风速由大到小依次为春季＞秋季＞冬季＞夏季,风速平均值分别为3.81、2.93、2.90、2.84 m·s-1.四季平均风速的减弱速度介于-0.19～-0.29 m· s-1/10a之间,其中以春季风速减小最为显著,冬季、秋季次之,夏季风速减弱最缓.具体到各盟市:兴安盟、通辽市、赤峰市、锡林郭勒盟、乌兰察布市、包头市、阿拉善盟这几个区域的风速较大,年平均风速均在3.0 m·s-1以上,是风能资源的富集地区,尤其是位于中部的锡林郭勒盟和包头市的一些区域,年平均风速达5.0 m·s-1以上,风能资源蕴藏量最为丰富.风速变化趋势的空间分布结果显示:近50a间包头市和乌兰察布市风速减弱幅度最大,二者平均每10a风速分别减小0.36 m·s-1和0.38 m·s-1.
【期刊名称】《内蒙古气象》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】6页(P18-23)
【关键词】平均风速;变化趋势;空间分布;内蒙古
【作者】郭春燕
【作者单位】内蒙古气象服务中心,内蒙古呼和浩特 010051
【正文语种】中文
【中图分类】P468.0+26
在能源危机凸显、倡导可持续发展的今天，风能作为一种高效清洁的可再生能源，其开发利用已备受瞩目，风速变化及其原因也逐渐成为全球的研究热点[1-5]。

中
国风能蕴藏量变化以及全国范围和区域性风速变化也得到了详细研究[6-14]。

王遵娅等[6]对1951—2000年近50a来中国气候变化特征进行了分析，结果表明，
20世纪90年代和50a代相比，全国平均风速减小了约16%。

江滢等[7]在此基
础上分析得出：中国平均风速的减小主要是由于日平均风速≥3m·s-1的日数减少
造成的。

区域性风速研究结果也表明风速有减小趋势，如新疆东部[12]、黑龙江省[13]以及华北等地区[14]。

内蒙古自治区位于祖国北部边疆，总面积118.3×104km2，约占全国面积的
12.3%。

内蒙古属温带大陆性季风气候，处于北半球盛行的西风带上，风能资源储量丰富，据评估：全区风能资源总储量为13.8×108kW，技术可开发量为
3.8×108kW，约占全国风能资源技术可开发量的1/2，居全国首位[15]。

但是，
目前对内蒙古地区长时间序列风速变化的详细研究尚未见到。

本文利用95个地面气象站的观测资料，对1963—2012年内蒙古自治区风速的时空变化特征进行分析，包括内蒙古年平均风速变化特征、四季风速变化特征、不同区域风速变化特征，旨在通过分析历史阶段的风速变化规律，对预测未来风速变化提供理论指导，并进一步为内蒙古风能资源的开发与利用提供参考依据。

文章所用的地面风速观测资料来源于内蒙古自治区的95个气象站，1963—2012
年的逐月和逐年平均风速资料进行分析（见图1），这些站点经过筛选，数据连续、完整。

运用线性倾向估计法、滑动平均等统计诊断方法[16]。

风速变化趋势用气候
倾向率[17]来表示，并利用时间与变量之间的相关系数对变化趋势进行显著性检验。

春季为3—5月，夏季为6—8月，秋季为9—11月，冬季为12—2月。

利用95个站点逐月和逐年平均风速,计算内蒙古地区四季和全年的平均风速。

2.1 年平均风速随时间变化趋势
1963—2012年，内蒙古地区年平均风速呈非常显著的减弱趋势（p<0.01），气
候倾向率为-0.24 m·s-1/ 10a。

20世纪60—70年代风速较大，最大值出现在1969年，为3.90m·s-1；70年代末，风速开始逐渐减小，1988—2012年的风速均低于近50a风速平均值（3.19m·s-1）。

最小值出现在2011年，为2.64m·s-1。

这种风速逐渐减弱的趋势与其他学者在分析中国陆域近地层风速的时空变化特征得出的结论一致，即近50 a来，我国年平均风速序列保持整体上减弱的趋势，并且
此现象在中国陆域普遍存在[8]（见图2）。

2.2 四季平均风速随时间变化趋势
1963—2012年,内蒙古地区四季的平均风速均呈不同程度的减弱趋势（p<0.01）。

其中，春季风速减小最为明显，平均每10a减小0.29m·s-1，其次是冬季和秋季，气候倾向率为-0.24、-0.23m·s-1/10a，夏季风速减弱速率相对较慢，每10a大约减小0.19 m·s-1。

说明春季风速减小对近50a内蒙古地区风速减弱贡献率最大。

近50a间四季平均风速的大小依次为,春季（3.81m·s-1）>秋季（2.93m·s-1）>
冬季（2.90m·s-1）>夏季（2.84 m·s-1）。

20世纪60—70年代中期，四季平
均风速均较大，春季平均风速的最大值出现于1969年，为4.75 m·s-1；夏秋两
季均出现于 1972年，数值分别为 3.70、3.78 m·s-1，冬季平均风速的最大值则
出现在1965年，为4.28 m·s-1。

另外，春季和夏季分别于1984和1991年开始，平均风速低于50a均值，秋季和冬季节则均在20世纪70年代后期风速开始明显减弱，至1988年后，风速值均逐渐低于50a平均风速（见图3）。

3.1 年平均风速的空间分布
内蒙古自治区风能资源丰富，全区95个站点中有60%的站点近50a的年平均风
速在3.0 m·s-1以上。

从东至西兴安盟、通辽市、赤峰市、锡林郭勒盟、乌兰察布市、包头市、阿拉善盟等盟市的风速较大，是内蒙古地区风能资源的富集地区。

其中锡林郭勒盟近50a
的年平均风速达到3.83 m·s-1，尤其是朱日和、苏尼特右旗、镶黄旗这一带风速
最大，三者的年平均风速分别为5.33、4.39、4.4m·s-1；另外，包头地区风能资
源也极其丰富，白云鄂博和满都拉的年平均风速达到5.07m·s-1和4.6m·s-1；其
次是兴安盟突泉县、通辽开鲁、赤峰敖汉旗、乌兰察布的化德县、察右中旗，这些地区年均风速都在4.0m·s-1以上，风能资源也非常丰富。

呼伦贝尔市的西部（包括满洲里市、海拉尔市、新巴尔虎左旗、新巴尔虎右旗、鄂温克旗）风速也较大，在3.28m·s-1以上，其中，满洲里市年均风速达3.95m·s-1。

呼和浩特市、巴彦
淖尔市、鄂尔多斯市这几个地区平均风速相对较小一些，数值介于2.2～3.0m·s-1之间（见图4）。

3.2 季节平均风速的空间分布
1963—2012年内蒙古地区四季平均风速空间分布均表现出与年平均风速空间分
布相似的特征，四季风速中最大的集中在内蒙古中部地区，春季平均风速最大，绝大多数地区平均风速均高于3.0 m·s-1，通辽市、锡林郭勒盟、阿拉善盟、包头市这几个盟市的的平均风速均在4.0m·s-1以上，兴安盟的平均风速也达到了
3.98m·s-1。

在统计的95个站点中有85%的站点平均风速在3.0m·s-1以上，其中，45个站风速大于
4.0m·s-1。

以锡林郭勒盟的朱日和及包头市的白云鄂博风速最大，近50a两个站点春季平均风速值分别为6.01、
5.72m·s-1，兴安盟的突泉、赤峰的敖汉旗、锡林郭勒盟的苏尼特右旗、镶黄旗、蓝旗、包头的满都拉、阿拉善盟的拐子湖这些地区，平均风速都超过了5.0 m·s-1。

春季最小风速出现在呼伦贝尔市的小二沟、鄂尔多斯市准格尔旗及呼和浩特市，这些地区风速均小于2.5m·s-
四季中夏季风速最小，内蒙古地区在2.84 m·s-1左右。

只有锡林郭勒盟、阿拉善
盟和包头市夏季平均风速大于3.0m·s-1。

在95个台站中有41个站点的风速在
3.0m·s-1以上，以阿拉善盟拐子湖、锡林郭勒盟朱日和、包头市白云鄂博的风速
最大，分别为4.95、4.64 m·s-1和4.56 m·s-1。

另外，夏季风速最小值出现在东部的呼伦贝尔的图里河、鄂伦春、小二沟地区，以及中部的呼和浩特市一带，这些地区风速均小于2.0 m·s-1（见图6）。

秋季风速逐渐增大，兴安盟、通辽市、锡林郭勒盟、乌兰察布市、包头市、阿拉善盟的平均风速均大于3.0 m·s-1，其中锡林郭勒盟最大，为3.65 m·s-1。

秋季有46.8%的台站近50a平均风速在3.0 m·s-1以上，风速的最大值仍然出现在锡林郭勒盟的朱日和地区，风速达5.13m·s-1，兴安盟突泉县、赤峰市的敖汉旗、锡林郭勒盟的苏尼特右旗、镶黄旗、蓝旗、阿拉善盟拐子湖以及包头的满都拉和白云鄂博这些地区风速也较大，均在4.0 m·s-1以上。

秋季风速最小值同样出现在呼伦贝尔市的小二沟以及呼和浩特地区，风速在2.0m·s-1以下（见图7）。

冬季，通辽市、赤峰市、锡林郭勒盟、乌兰察布市和包头地区的风速均大于
3.0m·s-1。

95个站点中有43个台站近50a冬季平均风速大于3.0m·s-1，最大值出现在朱日和及白云鄂博，风速分别为5.49m·s-1和5.15m·s-1。

另外，赤峰的
敖汉旗、巴林右旗、克什克腾旗，锡林郭勒盟的苏尼特右旗、镶黄旗、蓝旗，乌兰察布市的化德县、察右中旗，包头市满都拉这一带风速均较大，在4.0m·s-1以上。

冬季最小风速出现在呼和浩特地区和呼伦贝尔市小二沟，风速均小于2.0m·s-1，
其中小二沟的平均风速为0.83m·s-1（见图8）。

3.3 平均风速变化趋势的空间分布
为了进一步量化内蒙古地区近50a风速的减弱程度，利用95个站点1963—2012年间平均风速的气候倾向率，制作年平均风速和四季平均风速变化趋势的空间分布
3.3.1 年平均风速
总体上，1963—2012年内蒙古地区的风速在减小（表1），12个盟市中包头市和和乌兰察布市减弱最为明显，两个地区平均每10a风速分别减小0.36 m·s-1和0.38m·s-1。

呼伦贝尔市、锡林郭勒盟、巴彦淖尔市、鄂尔多斯市、赤峰市每10a 风速减小均在0.20m·s-1以上，兴安盟、通辽市、呼和浩特市、阿拉善盟这些地区风速减小值则不足0.20m·s-1。

具体到95个地面站，只有4个台站50a间平均风速变化率为正值，分别为呼伦贝尔的图里河，兴安盟的索伦、呼和浩特市区和阿拉善盟的拐子湖，它们的气候倾向率分别为0.004、0.025、0.055、0.015 m·s-1/10a，且均未通过相关系数为0.05的显著性检验。

剩余的91个站点年平均风速变化率均为负值，其中有85个站点通过相关系数为0.01的信度检验，3个站点通过相关系数为0.05的显著性检验，只有3个站点未通过显著性检验。

3.3.2 季节平均风速变化趋势的空间分布
1963—2012年内蒙古自治区春季风速变化空间分布与年平均风速变化大致相同（见表1），减弱趋势明显，乌兰察布市和包头市两个地区减弱速度最快，变化速率分别为-0.43 m·s-1/10a和-0.40m·s-1/ 10a。

其次，呼伦贝尔市和鄂尔多斯市两地的气候倾向率在-0.32 m·s-1/10a左右，春季风速减小也较为显著。

另外，兴安盟、通辽市、赤峰市、锡林郭勒盟和巴彦淖尔市风速减小幅度在0.24m·s-
1/10a以上，呼和浩特市和阿拉善盟的风速减弱较缓，在0.18m·s-1/ 10a左右。

另外，95个站点中只有拐子湖春季风速变化率为正值，但未通过显著性检验。

夏季风速减小相对缓慢一些（见表1），减弱速度最快的是包头市、鄂尔多斯市和乌兰察布地区，变化率分别为-0.32、-0.29m·s-1/10a和-0.27m·s-1/10a，其余地区每10年减小幅度都不足0.20 m·s-1。

具体到各测站，95个台站中86个站点夏季风速均在减小，变化幅度为0.532～0.012 m·s-1/10a之间，有6个站点未通
过显著性检验。

呼伦贝尔的图里河、博克图，兴安盟索伦、赤峰翁牛特旗、阿拉善盟拐子湖等9个站点近50a夏季风速气候倾向率为正值，，风速变化幅度在
0.004～0.072 m·s-1/10a，其中只有索伦通过α=0.01的显著性检验，平均每
10a风速增大0.072 m·s-1，其余8个站点均未通过显著性检验。

风速变化幅度在0.004～0.072 m·s-1/10a。

秋季风速减弱最快的地区同样是包头和乌兰察布市（见表1），减小幅度分别为0.33 m·s-1/10a和0.37 m·s-1/10a。

呼伦贝尔市、赤峰市、锡林郭勒盟、鄂尔多斯市这些地区平均每10a风速减小0.23～0.29 m·s-1，其余地区减小幅度不足
0.20 m·s-1/10a。

另外，近50a间拐子湖秋季风速增大速率为0.088 m·s-1/ 10a，通过了α=0.01的显著性检验。

冬季风速变化趋势结果表明（见表1），风速减小最显著地区是乌兰察布市和包头市，减小幅度分别为0.42m·s-1/10a和0.36 m·s-1/10a，风速减弱最慢地区出现在兴安盟、呼和浩特市、阿拉善盟和乌海地区，平均每10a风速减小0.06～
0.16m·s-1。

其余地区风速变化范围在-0.20～-0.28 m·s-1/10a之间，风速减弱的91个站点中有8个站点未通过显著性检验。

另外，海拉尔市、索伦、呼和浩特市、拐子湖冬季风速变化幅度在0.02～0.07 m·s-1/10a之间，但均未通过显著性检验。

利用95个地面气象观测站的风速资料，通过对1963—2012年内蒙古地区年平均风速、四季风速、不同区域风速的时空变化特征进行分析，结果表明：
（1）时间序列上，近50a间内蒙古地区年平均风速呈现显著的减弱趋势
（p<0.01），气候倾向率为-0.24 m·s-1/10a。

四季平均风速均呈不同程度的减弱趋势（p<0.01）。

其中，春季风速减小速度最快，每10a减小约0.29m·s-1，并
于20世纪80年代中期开始，说明春季风速减弱对近50a内蒙古地区风速减弱贡献率最大；其次是冬季和秋季，气候倾向率分别为-0.24 m·s-1/10a和-0.23 m·s-
1/10a，二者变化相似，均在20世纪80年代末90年代初开始减小；夏季的风速
减弱相对较缓，每10a大约减小0.19m·s-1，明显减缓开始于90年代初期。

（2）空间分布上，从东至西兴安盟、通辽市、赤峰市、锡林郭勒盟、乌兰察布市、包头市、阿拉善盟这几个盟市的风速较大，年平均风速在3.0 m·s-1以上，是风能资源的富集地区，特别是内蒙古中部，以锡林郭勒盟和包头市的一些区域最为典型，年平均风速达5.0m·s-1以上，风能资源蕴藏量最为丰富。

另外，呼伦贝尔市西部的风速在3.28m·s-1以上，其中，满洲里年均风速达3.95m·s-1，风能资源开发
潜力也相对较大。

呼和浩特市、巴彦淖尔市、鄂尔多斯市平均风速相对较小一些，在2.2～3.0 m·s-1之间。

（3）1963—2012年间，内蒙古地区年平均风速呈减小趋势。

统计结果显示：95个站点中88个站点风速显著减小，3个站点减小不明显，只有4个站点风速气候倾向率为正值，且均未通过显著性检验，说明近50a间内蒙古约有95.8%地区风
速在逐渐减弱。

具体到12个盟市，以包头市和乌兰察布市减弱最为明显，两个地区风速分别减小0.36、0.38m·s-1/10a。

呼伦贝尔市、锡林郭勒盟、巴彦淖尔市、鄂尔多斯市、赤峰市这些地区风速均减小0.20m·s-1/10a以上，兴安盟、通辽市、呼和浩特市、阿拉善盟风速减小值则不足0.20m·s-1/10a。

各地区四季风速也均
表现出不同程度的减弱趋势。

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