南太湖地区风要素特征分析

南太湖地区风要素特征分析

陈峰云 黄玲琳 陈世春 徐新法 卢剑

（湖州市气象局，浙江 湖州 313000）

摘要：选取南太湖地区水域、沿岸与内陆代表性站点，利用2007年12月至2008年11月自动气象站

逐时风向风速记录，分析了该地区风要素的时空分布特征。对于进一步了解该地区的风要素变化特征、风力资源，提高南太湖水域的风力预报能力具有一定的参考价值。

关键词：南太湖 风 特征 分析

1 引言

太湖位于安徽、江苏、上海和浙江的交界处，湖面面积达2300多平方公里，是我国第三大淡水湖。太湖湖岸形态，北岸曲折多湾，南岸为典型的圆弧形岸线。湖州位于太湖的南岸，境内太湖沿岸总长近60公里。由于地形特征的影响，太湖湖面、沿岸及内陆地区的风要素也有着不同的特点。笔者采用太湖小雷山、濮溇及湖州三个自动气象站的逐时风观测资料，分析了南太湖地区的风要素变化特征，为南太湖地区的风力预报及风力资源的评估提供了依据。

2 地理位置及资料说明

2.1站点的选取

小雷山站位于太湖西山岛和太湖南岸之间的一个小岛上，位于太湖主航道附近，与太湖南岸相距8公里，作为南太湖水域代表站；濮溇站位于太湖沿岸，紧靠太湖，作为南太湖沿岸代表站；湖州站为国家基本气象站，距离太湖约11公里，作为内陆代表站。各站地理位置分布见图1。 2.2 资料的选取

小雷山、濮溇自动站采用ZQZ-TF 强风测风传感器，湖州站采用EC9-1测风

传感器，两种型号传感器风向风速的分辨率、准确度和采样速率相同。除小雷山站采样6米高度的风向风速外，其余自动站均采样10米左右高度的风向风速（各站参数见表1）。

由于小雷山建站历史较短，资料分析选取2007年12月至2008年11月，风要素类型包括小时极大风向风速、最大风向风速及十分钟平均风向风速。

表1自动气象站详表

站名 经度 纬度 海拔高度 风杯高度 建站时间 地域分类小雷山 120°10′ 31°01′ 20m 6.0m 2007.4.1 水域 濮溇 120°17′ 30°56′ 7 m 10.0m 2007.1.1 沿岸 湖州

120°01′

30°52′

7 m

11.0m

1956.1.1

内陆

3 南太湖风场的时空分布

3.1风速月变化分析

各站风速的逐月变化（图2）显示：（1）风速的区域分布总体呈“水域＞沿岸＞内陆”特征；（2）风速的地域差异存在较明显的季节性，春夏较大，秋冬较小；

（3）内陆最大风的

图1 自动站站点分布图

月变化较为明显，年内逐月最大风速变化呈单峰分布，峰值出现在4月，而水域与沿岸风速的月变化存在多个峰值，无明显季节变化；（3）沿岸风的大小与变化趋势与水域较为接近，最大风的变化趋势与水域基本一致，数值差也较小，但2-8月的平均风速更接近内陆。由此可见，沿岸区域的阵风对水域风力有一定的指示意义，但平均风力代表性较差，不能较好地反映水域的风力实况，因此，用沿岸区域站的风资料代替水域。

3.2 风速日变化分析

图3为2007年12月至2008年11月春夏秋冬四季平均风速的日变化曲线，由图可见：（1）沿岸站与内陆站的日变化趋势基本一致；（2）水域与陆地风的日变化呈反相关系，即，陆地白天风大夜间风小，日最大风出现在下午2时前后，而水域正相反，白天风小夜间风大，午间最小，最大风出现在21-22时，这与吴增福等[1]利用高邮湖风资料得到的结论有所不同；（3）风速日变化振幅春夏较大，秋冬较小。另外，个例分析发现，当有较强的天气系统影响时，日变化特征不明显。

图2各站逐月风速变化（a:平均风速、b:最大风速）

图3各站四季逐时变化曲线（a.冬、b.春、c、夏、d、秋）

3.3 风向频率分析

濮溇站和小雷山站出现最多风向频率均为SE 和NNW，湖州站主要出现风向为SE、ESE 和WNW，与湖州夏半年盛行东南风、冬半年盛行西北风这一气候特征相吻合。SE 主导风特征3站基本一致，NW 主导风特性濮溇站和小雷山站较明显，而湖州站偏向WNW，这是因为测站东南均为宽广平原，受地形影响较小，而西北山地地形对内陆风场有一定影响，对水域和沿岸风场没有影响。

4 大风分布

计算2007.12-2008.11期间最大风速（10分种平均）≥12.0m/s 出现频次发现，3站出现的频次和风向均存在较大差异。小雷山站在十分钟最大风速≥12.0m/s 的小时数达到了201小时，濮溇站为70小时，湖州站只有3小时。而且从（图5）可以看出濮溇大风基本为NW 风，而小雷山NNW 和SE 频次相近。由此可见，水域出现大风的概率远远高于内陆，比沿岸也高得多，沿岸大风基本为NW 风，而水域SE 大风的概率与NW 大风一样高。个例分析发

现SE 大风多出现在春季，因此要特别警惕SE 大风对水域的影响[5]

。

5 不同天气系统对风速变化的影响

笔者主要进行了东风系统（台风）与西风系统（锋面与气旋波）大风个例的对比分析。分析发现，不论东风系统还是西风系统，风速的空间分布总体特征相一致，均呈现小雷山>濮溇>湖州的变化趋势，但风速梯度较大，西风系统影响时，风速梯度较小，差异不明显，而东风系统影响时，风速梯度往往较大，而且不同的台风过程风速分布区别较大，台风路径

对风速影响较明显。

图4 四站年风向玫瑰图(a.小雷山 、b.濮溇 、c.湖州)

图5 风力玫瑰图(a.小雷山、b.濮溇)

6、风能资源分析

6.1风速概率分布

为全面了解南太湖地区的风速变化规律及准确计算风能的潜在资源，笔者以1m/s 为一个风速区间，统计年测风序列中每个风速区间内风速

出现的频率。每个风速区间的

数字代表中间值，如5m/s 风

速区间为4.6m/s 到5.5m/s。

图6为三站风速频率的变化，

曲线均呈单峰形，曲线的变化

坡度与风速的变化相关，濮溇

和湖州站变化幅度均在3m/s 处频率最大，然后随风速的增

大频率迅速减小，减小幅度湖州大于濮溇，而小雷山站变化幅度较缓，从2m/s 处频率逐渐增大，到4m/s 处达最大，自后逐渐减小，但曲线变化平缓。由此可见，湖州和濮溇站风速高频区较窄且风速偏小，可利用风速小出现时间短，而小雷山风速高频区宽且风速较大，可利用风速较大出现时间长，风能资源较丰富。 6.2风能密度分布

根据《国家风电场风能资源评估方法》进行风能参数的计算[6-7]

，表2中风能密度是指单位时间内通过垂直于气流的单位截面积上的风能、有效风功率密度是指在单位时间内通过单位截面积的有效风速所具有的动能、有效小时数为3-25m/s 的时数占全部观测时次的比值。

按照我国风电场风能资源评估方法的标准[8]

，小雷山地区风功率密度为4级，应用于风力并网发电属于条件好的区域，具有开发潜力。

表2 风能资源参数表

年平均 风速 （m/s）

平均风 功率密度 （W•㎡） 有效风 功率密度 （W•㎡） 风能 密度 （kW•h/㎡） 有效 时数 （%） 小雷山 4.9 147 200.8 1296.7 73.2 濮溇 3.5 72 137.7 540.0 52.3 湖州

2.5

23

66.3

117.2

34.7

7、结论

7.1 南太湖湖陆风存在差异性较明显，沿岸风的大小与变化趋势与水域较为接近，阵风对水域风力有一定的指示意义，但平均风力代表性较差，不能较好地反映水域的风力实况，因此，在气象资料应用时，不能简单地用沿岸区域站点的风资料代替水域风况。

7.2 水域风的日变化比陆地小，并且，两者呈现出反相变化特征，这种变化在春夏两季表现尤为明显。

7.3 台风系统影响时，湖区与陆地的风速分布与西风系统影响时有所不同，移动路径对风速影响较大。

7.4 南太湖湖区风能资源较为丰富，具有开发潜力，但由于四站的风速传感器均位于10米左右或以下，缺乏高层风速的变化特征，更精确的风能资源需进一步探测评估。

图6 风速频率变化曲线图