景德鎮市風力資源分布與氣候變化分析

計桂平,陳鮑發,馬中元

(1.景德鎮市氣象局,景德鎮 333000;2.江西省氣象科學研究所,南昌 330096)

0 引言

中國的風力資源非常豐富,同時也是世界上開發利用風力資源最早的國家[1]。風電產業開發是清潔能源經營中的新課題,前途廣闊,潛力無窮,既可以提供充足的電力,又不增加環境的壓力,同時還具有十分可觀的開發價值。開發風力資源有助于發展經濟,對風力資源的研究應結合近幾年的研究成果[2-3]。宋婧[4]提出基于風力資源分布的中國風電規劃的研究方法,并對比了風能資源豐富地區和風能資源一般區域。高文元等[5]設計威布爾分布參數研究了中國風力資源的分布。彭祥榮等[6-11]分析了民勤縣、溫州、博州、康平、湖南城步南山、上海崇明島的風力資源。朱偉強[12]分析了福建省沿海風速時空分布、風向頻率特點。王新堂等[13]根據鐵塔30 a風速氣象觀測資料分析了即墨風電場的風力資源狀況。關于江西風力資源研究的成果較少。文章將利用景德鎮市多年的風力氣象觀測數據分析風力資源的分布及氣候變化特點,為景德鎮市風能的有效利用和城市規劃提供參考依據。

1 資料來源

文章采用江西省景德鎮市國家基本氣象站(站號58527)1954—2022年觀測的風向、風速數據,浮梁縣國家基本氣象站(站號58524)、樂平市國家基本氣象站(站號58620)及景德鎮市域內有風向、風速觀測的38個區域自動氣象站2010—2022年風觀測資料。

2 景德鎮市風力資源的分布

風力是評價風力資源最直接的指標。由于風的觀測項目有平均風和極大風,因此文章采用日平均風、日極大風來評估各地的風力資源。

2.1 平均風力的分布

對2010—2022年景德鎮市各站點逐日平均風風速進行分析,由各站點的平均風速值可知,景德鎮境內平均風速多在1.0～2.0 m/s,只有塔山工業園(站號:J3016)、園區南(站號:J3068)超過了2 m/s,最大平均風速在園區南(2.6 m/s)。定義平均風速在1.5 m/s以上的地區為風力資源較優區,則樂平市塔山工業園區(站號:J3016)、樂平市區(站號:58620)、浮梁縣城區(站號:58524)、眾埠(站號:J3060)、百樂(站號:J3009)、麗陽(站號:J3037)為景德鎮風力資源優越區。浮梁誥峰村(站號:J3023)、興田鄉(站號:J3027)的平均風速僅為0.5 m/s,為風力資源偏差區。

2.2 平均極大風

對2010—2022年景德鎮市各站點逐日極大風風速進行平均,得到各站點日平均極大風速。日平均極大風速在7 m/s或以上的有3個站,分別為園區南、塔山工業園和眾埠;日平均極大風速在6.0～7.0 m/s的有16站,其中浮梁縣城區為6.9 m/s,百樂、麗陽分別為6.4 m/s和6.5 m/s;日平均極大風速在5.0～6.0 m/s的有15站;在5 m/s以下的有4站,其中浮梁誥峰村(4.6 m/s)和興田鄉(4.2 m/s)日平均極大風速最小。

由此可見,樂平市塔山工業園區、樂平市區、浮梁縣城區、眾埠日平均風速、日平均極大風速均為最大,是景德鎮風力資源最優區,而浮梁誥峰村、興田鄉為風力資源最差區域。從平均風與平均極大風的對比分布看,百樂、麗陽平均風速較優,但極大風弱于蓮花塘(站號:J3018)、園區東(站號:J3066)和呂蒙鄉(站號:J3047),與鵝湖鎮桃嶺村(站號:J3028)、三龍鄉(站號:J3024)、樂平城區(站號:J3042)和景德鎮市區(站號:58527)也接近,即這些地區均為景德鎮風力資源較優區。

3 景德鎮市6級以上極大風分布特點及雷達回波影響系統

3.1 2016—2022年各站6～10級大風日數

6級以上大風會對居民生活產生影響,而8級以上大風為災害性天氣,極易造成人員傷亡與財產損失。2016年以來,有風力觀測的各區域站運行狀態較好,因此采用2016—2022年景德鎮各氣象觀測站點風觀測資料來分析6級以上不同級別的大風分布情況。分析可知,景德鎮市絕大部分地區均有可能出現8級以上大風,只有月亮湖、園區西極大風速為17.1 m/s,接近8級(17.2 m/s)。

從10級大風看,蓮花塘出現6 d 10級大風天氣,最大風速為50.8 m/s;其次是樂平市國家站,出現4 d,最大風速為27.5 m/s;景德鎮國家站、民兵水庫、眾埠均出現2 d,極大風速分別為26.9、29.3和31.1 m/s。

從9級大風看,蓮花塘、眾埠蔬菜、樂平、呂蒙鄉、塔山工業園、景德鎮、百樂村分別出現了14、11、8、8、5、4和4 d,有11個站未出現過9級大風。

從8級大風看,蓮花塘、眾埠、樂平、呂蒙鄉、塔山工業園分別出現46、40、22、22和20 d。

從7級大風看,蓮花塘、眾埠、塔山工業園、西湖鄉、浮梁、樂平、呂蒙鄉、蛟潭鎮分別出現135、96、60、60、59、58、54和51 d。

從6級大風看,蓮花塘、浮梁、眾埠、塔山工業園、樂平分別出現350、237、228、214和203 d。

3.2 2016—2022年景德鎮市域內8級以上大風站數

為了解各年度大風的分布情況,對2016—2022年景德鎮市域內出現8級以上大風站數進行統計(表1)?？梢钥吹?近7 a以來景德鎮8級以上大風站數以2018年最多,達28站,且12級以上大風有4站;2021年次之(23站),且有2站出現12級以上大風;2020年最少,僅有9站出現8級以上大風。10級以上大風每年都會出現至少1次,而11和12級大風在2016,2019和2020年均未出現,未出現年份占比3/7。8級大風平均每年有19站,9級大風平均每年有9站,10級大風平均每年有4站。

表1 2016—2022年景德鎮市域內出現8級以上大風站數

3.3 造成景德鎮市極端大風的雷達回波影響系統

大風可分為雷暴大風、冷空氣大風、偏南大風、臺風等,對景德鎮市各站點6～10級極端大風的雷達回波進行分析,并對照當時的天氣形勢,得到表2。由表2可知,景德鎮市極端大風主要分為雷暴大風和冷空氣大風,雷暴大風的回波影響系統有颮線、超單體、強單體、強回波短帶、帶上超級單體等,以颮線居多,其次是回波短帶、超級單體,可以發現帶狀強回波是景德鎮市極端大風最主要的回波系統。

表2 景德鎮市極端大風雷達回波影響系統

研究景德鎮市極端雷暴大風的典型雷達回波,2018-03-04T16:40一條尺度很大的西北—東南向的颮線自西向東影響景德鎮市,颮線的寬度、長度均很大,并向東北方向拱起,帶上強回波中心強度多為50～55 dBZ,該颮線造成多地出現極端性大風天氣,全市有18個站的極大風出現在這個過程中。2018-08-25T15:50一條南北向的強回波短帶影響樂平南部,短帶強回波中心強度為60～65 dBZ,塔山工業園區出現極大風(風速19.7 m/s)。2021-03-31T05:20,有一條東北—西南向的帶狀回波影響景德鎮市,回波帶上西南角有一超級單體,強回波中心強度達65～70 dBZ,月亮湖極大風風速達17.1 m/s。2021-05-15T19:30,市區附近有一超級單體,強回波中心強度達65～70 dBZ,且有較大面積60～65 dBZ的強回波,伴有向東北方向伸展的弱回波區,市區出現極大風(風速26.9 m/s)。

由此可見,景德鎮市絕大部分地區都可能出現8級以上大風,最強可達12級以上,2016年以來每年都有站點出現10級或以上大風,以2018年大風的強度、頻率最高。景德鎮極端大風主要有雷暴大風與冷空氣大風,颮線是最主要的雷達回波影響系統。

4 景德鎮市風力資源的氣候變化

以景德鎮國家站1954—2022的平均風速、8級以上大風日數的變化來研究景德鎮市風力資源的氣候變化。

4.1 景德鎮市國家站1954—2022年年平均風速

圖1是景德鎮市國家站1954—2022年歷年年平均風速,可以看到1954—1956年平均風速僅有1.2 m/s;1958—1994年,處于穩定高位,基本在2 m/s附近或之上,1959和1992年年平均風速最大(2.4 m/s);1994年之后迅速下降,2000—2020年降至1.0 m/s附近,處于穩定低位;2021—2022年明顯上升,達2 m/s以上,其中2022年達 2.5 m/s,為歷年最大。

圖1 景德鎮市國家站1954—2022年歷年年平均風速

4.2 景德鎮市國家站1954—2022年大風日數

圖2為景德鎮市國家站1954—2022年歷年8級以上大風日數,最多可達9 d,出現在1987和2021年,而1954,1962,1997,2001,2003,2012,2013,2019和2020年為0 d。從變化趨勢看,1993—2020年為歷史低位,28 a平均大風日數僅有1.3 d,最多的僅為3 d,有7 a為0 d。而1958—1992年為相對高峰期。

圖2 景德鎮市國家站1954—2022年歷年8級以上大風日數

由此可見,景德鎮市1954年以來風力有明顯的階段性變化,1958—1994年風力資源穩定較好,年平均風力在2.0 m/s附近或以上,大風日數平均在3 d以上;1994年之后,年平均風力明顯下降,2000—2020年為歷史低位期,平均風力在1.0 m/s附近,大風日數平均在1 d左右。2021和2022年風力明顯上升,其中2022年年平均風速達2.5 m/s,為歷年最大。

5 結束語

文章通過分析景德鎮市1954—2022年風力資源分布得到以下結論:

1)樂平市塔山工業園區、樂平市區、浮梁縣城區和眾埠為景德鎮風力資源最優區;浮梁誥峰村和興田鄉為景德鎮風力資源最差區域;百樂、麗陽、蓮花塘、園區東、呂蒙鄉,以及鵝湖鎮桃嶺村、三龍鄉、樂平城區、景德鎮市區均為景德鎮風力資源較優區。

2)景德鎮市絕大部分地區都可能出現8級以上大風,最強可超過12級。2016年以來每年都有10級或以上大風出現,以2018年大風的強度、頻率最高。極端大風主要有雷暴大風與冷空氣大風,颮線是最主要的雷達回波影響系統。

3)景德鎮市1954年以來風力有明顯的階段性變化,1958—1994年風力資源穩定較好,2000—2020年為歷史低位期,2021和2022年風力明顯上升,特別是2022年年平均風速達2.5 m/s,為歷年最大。