近 50 年中国最大风速变化

江滢 罗勇 赵宗慈国家气候中心2011 年 8 月 哈尔滨

主要内容

问题的提出 资料与方法 近 50 年最大风速变化特征 风速变化的原因分析 未来中国区域最大风速变化预估 小结

4 4. 9 8. 8 13. 3 26. 2 37. 5 60. 8 145. 7 227. 3 265. 1 346. 2 402 468. 7 567 764 12662598. 8

5903

12210

26010

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

年

累计

装机

容量

（MW

）

气候变化

可再生能源大规模开发利用

人类排放

作者（年） 研究区域 气象站类别（站数） 时间段 主要结论

任国玉等（ 2005） 中国 国家基本和基准站（ 323） 1951-2002

平均风速呈显著下降趋势 0.1m/s/10a

王毅荣等（ 2007） 河西走廊 国家基本和基准站（ 19） 1971-2004 环境风没有明显减小趋势

王遵娅等（ 2004） 中国 国家基本和基准站（ 686） 1954-2000

几乎全部地区的风速都显著减小

Xu Ming等（ 2006） 中国 国家基本和基准站（ 30

5） 1969-2000 平均风速逐步减小了 28%

李振朝等（ 2004） 河西绿州 国家基本和基准站（ 13） 1951-2000

70年代达到峰值 , 然后逐渐减少

刘晋秀等（ 2002） 黄河三角洲 利津站（ 1） 1962-200040年来年平均风速减小了约 1.5

m/s

Chen Shebin等（ 2006） 西藏 国家基本和基准站（ 10

1） 1961-2000 风速减小

李艳等（ 2007） 中国 国家基本和基准站（ 186） 1960-1999

风速和风能密度显著减弱可能与冬夏季风有关

李艳等（ 2008） 中国 国家基本和基准站（ 604） 1960-1999

平均风速和风能密度逐年减低现象；主要由下垫面人为改变的影响导致的。

本文 中国 国家基本、基准和一般站（ 535） 1956-2004

大风减小，小风增大，平均风速减小；大气环流变化是平均风速减小的主要原因

近 10 年观测中国风速或风能变化特征研究成果综述

一、资料与方法

各种实测和模拟资料介绍

Data 20th Century 21st 中期 21st 后期

GFDL_CM2_0CCCMA_CGCM

3 and MRI_CGCM2

1956-2000（ against observations）

1981-2000（ against projections）

2046-2065 2080-2099

NCEP/NCAR 1965-2004 / /

ERA-40 1958-2001 / /

soundings 1980-2004 / /

observations 1965-2004 / /

二、近 50 年最大风速特征(a)

12

14

16

18

20

22

1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001

Year

Max

imu

m W

ind

Sp

eed

(m

/s)

10

15

20

25

30

35

Nu

mb

er

of

Gale

Day

s (

day

)

Maxi mum Wi nd SpeedTRD=-1. 46m/ s· decade

Gal e Days TRD=-3. 00day/ decade

变化趋势 变化率最大风速 -1.46m/s decade 23.6%

大风日数 -3.00day/ decade 12.7%

平均风速 -0.124m/s decade 5.17%

(b)

10

12

14

16

18

20

1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001Year

Maxi

mum

Wind

Spe

ed(m

/s)

SPR TRD=-1. 34SUM TRD=-1. 09 FALL TRD=-1. 16WI N TRD=-1. 09

春 夏 秋 冬 年最大风速（m/s/10a） -1.34 -1.09 -1.16 -1.09 -1.46

大风日数（天 /10a） -1.17 -0.68 -0.52 -0.68 -3.00

平均风速（m/s/10a） -0.149 -0.085 -0.111 -0.151 -0.124

(c)

(d)

5

10

15

20

25

30

35

40

1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001

Year

Gale

Day

s (d

ay)

Town TREND=- 3. 6m/ s/ decade

Rural TREND=- 2. 7m/ s/ decade

10

12

14

16

18

20

22

24

1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001Year

Maxi

mum

Wind

Spe

ed (

m/s)

Town TREND=- 1. 75m/ s/ decade

Rural TREND=- 1. 30m/ s/ decade

Evolutions of observed annual maximal wind (left, unit: m/s) and number of gale days (right, unit: day) over the urban stations (line with crosses on) and rural stations (line with open circles on) during 1956-2004

最大风速大风日数

原因分析

-0. 3

-0. 25

-0. 2

-0. 15

-0. 1

-0. 05

0surf 925 850 700

Pressure(hPa)

tren

ds (

m/s/

10a)

stat i onsoundNCEPERA40

Trends of wind speed changes over China for observed station data (dark blue), sounding data (red), NCEP reanalysis data(yellow) and ERA40 reanalysis data (light blue) at mid-low troposphere during 1956-2004

大气环流、东亚季风对风速度影响

A

-1. 5

-1

-0. 5

0

0. 5

1

1. 5

2

1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001

冬季风（施能）

C

- 7

- 5

- 3

- 1

1

3

5

7

1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001

南海季风（何敏）

东亚冬季风（ A, 施能定义），东亚夏季风（ B, 郭其蕴定义， IPCC AR4，郭其蕴等 2004）和南海季风（ C, 何敏定义）指数历年变化曲线（ 1956—2004）

寒潮、沙尘暴和副热带气旋对最大风速的影响

大风日数与寒潮日数（ A）及沙尘暴日数（ B）相关关系分布图

西北太平洋台风变化与沿海最大风速度关系

0

5

10

15

20

25

30

1957 1962 1967 1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002

Year

Maxi

mum

Wind

Spe

ed (

m/s)

0

10

20

30

40

50

60

Numb

er o

f Ty

phoo

nMaxi mum Wi nd Speed sub- regi on 8（ ）

Maxi mum Wi nd Speed sub- regi on 12（ ）

Number of Typhoon

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1957 1962 1967 1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002

Year

Gale

Day

s (d

ay)

0

10

20

30

40

50

60

Numb

er o

f Ty

phoo

n

Gal e Days sub- regi on 8（ ）

Gal e Days sub- regi on 12（ ）

Number of Typhoon

Changes in observed annual maximal wind (left, unit: m/s) and number of gale days (right, unit: day) for sub-regions 8 and 12 where along the eastern coasts , and the number of typhoons that activities on western Pacific (red line) during 1956-2004

全球变暖与风速变化的关系

中国区域温度变化线性趋势分布图（℃ /10a）（ 1956-2004年）（上图）

和风速变化趋势分布图（下图，即图 2.5A）（m/s/10a）（ 1956-2004年）

21st 中国区域近地层风速预估

Wind speed changes (WSAvg and WSMax) as projected by three GCMs and their ensembles with A2 f

or 2046-2065 and 2080-2099 minus 1981-2000 (unit: m/s), respectively

GFL_CM2_0 MRI_CGCM2 CCCMA_CGCM3 EBGCM

2046-

2065

WSAvg WSMax WSAvg WSMax WSAvg WSMax WSAvg WSMax

Jan. 0.0 -2.20 -0.12 -1.90 -0.15 0.05 -0.09 -1.35

Apr. 0.05 -2.96 -0.11 -2.64 -0.52 0.18 -0.19 -1.81

July 0.02 -3.52 -0.11 -3.71 -0.13 0.09 -0.07 -2.38

Oct. 0.01 -3.63 0.22 -3.62 0.16 -0.12 0.13 -2.46

Year -0.02 -4.80 -0.05 -4.55 -0.06 0.35 -0.04 -3.00

2080-

2099

Jan. -0.09 -2.29 -0.13 -1.83 -0.20 0.23 -0.14 -1.30

Apr. 0.01 -3.06 -0.17 -2.79 -0.61 0.34 -0.26 -1.84

July 0.10 -3.55 -0.16 -3.80 -0.22 0.20 -0.09 -2.38

Oct. -0.05 -3.61 0.13 -3.60 0.11 0.08 0.06 -2.38

Year -0.05 -4.83 -0.07 -4.57 -0.11 0.35 -0.08 -3.02

小结 1956 － 2004 年年和各季中国区域近地层最大风速及大风日数呈明显的

减小趋势变化，冬季和春季尤为明显。 对流层中下层风速存在类似规律。年和各季最大风速减小趋势比平均风

速显著，春季最为突出。 大气环流变化如亚洲冬、夏季风减弱是中国年和各季最大和平均风速呈

显著减小趋势的主要原因；沙尘暴、寒潮和副热带气旋等变化趋势是佐证；平均风速和最大风速变化趋势与全球变暖的存在一定的联系，但仍需进一步深入的研究。

全球气候模式及其集成（ GFDL_CM2_0, MRI_CGCM2 and EBGCM ）比较一致的预估中国区域年和季最大风速 21 世纪中期（ 2046 － 2065 年）和后期（ 2080 － 2099 年）相对于 1981 － 2000 年小。与平均风速相比，最大风速减小程度略大。未来最大风速变化可能与 21 世纪东亚冬、夏季风的减弱，与西北太平洋台风个数减少存在一定联系。

作为对未来气候变化进行定量预估的有效工具之一，全球气候模式在近几十年里取得了突飞猛进的发展。但由于当前科学水平的限制，气候模式对未来气候变化的预估都存在着相当大的不确定性，尤其是在风速的预估方面，才刚刚开始，今后还需要做大量和长时间的研究试验，才能得到更可靠的结果。