摘要 利用1976―2015年三江源区18个气象站逐月平均风速资料，采用气候统计诊断分析方法，对气候变化趋势进行研究全球陆上平均风速分布图，对异常年份进行判别，并对影响风速的原因进行了初步探讨。结果表明：三江源区近40年来平均风速呈明显减小的趋势，年平均风速下降幅度为-0.11 m/（s・10年）；沱沱河年平均风速减少最显著，为-0.21 m/（s・10年）。因地理位置不同，平均风速呈西部最大，南部、东南部最小的特征；四季平均风速的减小幅度表现为春季>冬季>夏季>秋季的气候特征；三江源区风速的月变化呈明显的单峰型分布，9月平均风速最小，为1.9 m/s，3月最大，达到了2.9 m/s。年平均风速在1991年发生了突变现象，春、夏、秋、冬四季分别在1994年、1993年、1992年、1989年发生了突变现象；平均风速1997年为异常偏小年份，春季平均风速出现了2次异常偏大年份，夏季在1979年异常偏大；秋季则出现了3次异常偏大年份，冬季在1977年异常偏大，1997年则异常偏小；大气环流的减弱以及人类活动、下垫面变化是影响三江源区平均风速减小的因素。
关键词 平均风速；变化特征；异常年份；突变；三江源区
中图分类号 P425.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）17-0204-04
三江源区地处青藏高原腹地，海拔高度一般在4 000 m以上，生态环境脆弱，是重要的水源区，为典型的高原大陆性气候，表现为冷热两季交替、干湿两季分明、年温差小、日温差大、日照时间长、辐射强烈、无四季区分的气候特征。在三江源区，由于风蚀作用，牧区草原地表沙化，牧草减产，严重破坏了脆弱的三江源区生态环境，给当地牧民群众的生产生活带来不便。本文运用气候倾向率等气候统计诊断分析方法，对三江源区近40年平均风速的变化趋势等进行分析，以揭示其变化规律及特征，期待为当地经济及环境的保护，防灾减灾，合理利用气候资源，降低灾害损失，扬长避短，趋利避害，发展风能提供参考依据。
空气的水平运动称为风，风速就是风的前进速度。对于我国的风速变化特征，气象学者已经做了大量研究。任国玉等[1]研究发现，近47年来全国年平均风速经历了明显的减弱趋势，减少速率大于0.1 m/（s・10年）；王遵娅等[2]研究认为，青藏高原1970年代以风速增大为主，其中部的正值中心达1.2 m/s，而1980年代几乎风速都有减小，该区90年代的年平均风速比50年代减少了约29%。田 莉等[3]用线性趋势法分析，西北地区的年平均风速整体呈显著减少趋势，变化率为-0.12 m/（s・10年），青海、甘肃和新疆均出现突变点。在全球变暖的气候背景下，风的气候变化具有很强的地域特征，越来越多的气象工作者着眼于区域风速变化的研究[4-7]。张占峰等[8]对柴达木盆地进行了研究，发现该地区近40年平均风速，大风日数的年、季、年代际变化均呈下降趋势。姜永见等[9]对三江源区的气候变化分析表明，风速在一定程度上随着气温的上升而降低。
本文利用三江源区18个气象站1976―2015年的逐月观测资料，对该地区风速的变化趋势进行分析研究，为三江源自然保护区的规划、保护提供科学的理论依据。
1 资料与方法
1.1 资料来源
三江源区18个气象站所有资料均来源于青海省气象信息中心。序列通过信息化格式检查和质量检查，资料质量较高，因各站风观测资料时间序列不一，本着既考虑资料的均一性和序列长度，又尽可能反映三江源区风速变化的原则，选取1976―2015年近40年逐月平均风速资料进行分析。对期间迁站的同德、河南、曲麻莱、玉树4个站的风速资料，通过差值法进行了订正，保证了序列的连续性和均一性。
1.2 研究方法
按12月至翌年2月为冬季、3―5月为春季、6―8月为夏季、9―11月为秋季生成逐季、逐年序列。对各站近40年平均风速数据作算术平均处理，得到各站1976―2015年季平均风速序列，以分析其季、年、年际变化等气候特征。
平均风速的气候倾向率采用一元线性方程分析方法[10]，且对趋势系数进行了显著性检验，用于分析逐年、逐月平均风速资料的变化特征，采用距平大于标准差的2倍作为异常标准分析平均风速的异常特征。
气候突变检验采用Mann-Kendall法，对检验中出现的多交叉突变点，结合滑动T检验法进行再次验证确定。M-K曲线图中，若UFK或UBK线在临界线内变动，表明被检验参数变化趋势和突变不明显；如果UFK或UBK的值>0，则表明序列呈上升趋势，反之则呈下降趋势；当超过临界直线时表明上升或下降趋势显著。超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UFK和UBK 2条曲线在临界线之间出现交点（给定显著水平α=0.05，那么临界值u0.05=±1.96），则交点对应的时刻即为突变开始的时间。
2 结果与分析
2.1 平均风速的地理分布特征
表1为近40年三江源区各站年平均风速统计结果，可以看出，18个台站中，五道梁、沱沱河、玛多3个站的年平均风速最大，分别为4.3、3.9、3.1 m/s，这与李耀辉等[11]研究的结果是一致，五道梁、沱沱河是西北地区4个大风中心中的2个，年均大风日数均在100 d以上；玉树、班玛年平均风速最小，分别为1.0、1.2 m/s。从各站计算出的气候倾向率结果看，近40年来，除河南、玉树年平均风速无变化，同德、曲麻莱平均风速呈弱点减少趋势外，其余台站年平均风速均呈下降趋势，其中沱沱河、五道梁、玛多3个站年平均风速减少最为显著，分别为-0.21、-0.20、-0.19 m/（s・10年），大部分台站年平均风速变化趋势都通过了0.05以上显著性水平检验。从三江源区18个气象站年平均风速地理分布图（图1）来看风速的变化，西部平均风速最大，南部、东南部平均风速最小。 2.2 平均风速的年际变化特征
从整个三江源区平均风速的年际变化线性趋势来看（图2），年平均风速呈明显减少趋势，变化率为-0.11 m/（s・10年），符合任国玉等[1]得出的近50年全国风速的减少率大于0.1 m/（s・10年）的结论，与田 莉等[3]得出的近50年西北地区风速的减少率-0.12 m/（s・10年）大致相同，达到了0.001的显著性水平检验，表明该地区年平均风速减小趋势非常明显。近40年三江源区平均风速为2.3 m/s，1992年以前，年平均风速的变化在均值线以上，1992年以后，年平均风速在均值线以下；平均风速最小值为1.9 m/s，出现在1997年，年平均风速最大值为2.6 m/s，出现在1976年、1979年、1980年和1982年，高于平均风速0.3 m/s。
从年代际变化来看，年平均风速具有明显的阶段性变化特征（图3），可分为偏强期和偏弱期，1992年为转折期，1976年到1990年代初为偏强期，年平均风速距平均为正值，最高差值达0.3 m/s；1990年代至2015年为偏弱期，距平值为负值或零。1975―1980年，平均风速达到最大，为2.6 m/s；1980年代，平均风速微弱减小，为2.5 m/s，1990年代初平均风速明显减小，为2.2 m/s；21世纪初，减弱趋势有所缓和，2001―2010年、2011―2015年平均风速均为2.2 m/s。
表2是根据世界气候组织对气候异常的判别标准判断的异常年份，可见三江源区的年异常值出现在1997年（负异常），三江源区春季平均风速出现了2次异常偏大年份，分别为1976年和1979年；夏季平均风速在1979年异常偏大；秋季则出现了3次异常偏大年份，分别为1976年、1981年和1986年；冬季平均风速在1977年异常偏大，1997年则异常偏小，这与全年平均风速的异常偏小年份一致。
2.3 平均风速的季节变化特征
对1976―2015年三江源区平均风速的季节变化分析可知（图4），近40年四季年平均风速均呈明显减小趋势，春、夏、秋、冬四季平均风速以-0.19、-0.08、-0.06、-0.09 m/（s・10年）的速度显著减小，春、夏、秋季均通过了0.001显著性水平检验，冬季通过了0.01显著性水平检验。春季变幅明显，秋季变幅较小，四季平均风速的减小幅度表现为春季>冬季>夏季>秋季的气候特征。该地区春季平均风速减少最显著，与冬季是中国平均风速减少最显著的季节[12]的结论有不同之处，笔者认为，地域不同是存在差异的主要原因。
通过对三江源区18个台站的分析，大部分站四季平均风速变化表现为下降趋势（表3），但下降幅度不同。玉树在四季的平均风速最小，春、夏、秋、冬分别为1.4、0.9、0.8、1.0 m/s，其倾向率在四季以0.01～0.02 m/（s・10年）的速率变化，呈弱的增大趋势。在冬季，五道梁的平均风速最大，为5.4 m/s，减少率也最大，为-0.21 m/（s・10年），通过了0.05显著性检验；春季，五道梁、沱沱河的平均风速最大，均为4.7 m/s，沱沱河的减少率最大，为-0.35 m/（s・10年），通过了0.001显著性检验；夏季，五道梁、沱沱河的平均风速亦最大，均为3.5 m/s，班玛平均风速在10年间减少幅度最大，为-0.19 m/（s・10年），通过了0.001显著性检验；秋季，五道梁的平均风速最大，为3.5 m/s，沱沱河的减小幅度最大，为-0.18 m/（s・10年），通过了0.001显著性检验。综合各站情况来看，除玉树外，其余各站平均风速在春季都呈明显减少趋势，在夏、秋、冬三季各站变化趋势有所不同。
2.4 平均风速的月变化特征
图5为三江源区风速的月变化曲线，可以看出，源区平均风速的月变化呈明显的单峰型，9月平均风速最小，为1.9 m/s，3月平均风速最大，达到了2.9 m/s，这与田 莉等[3]分析的西北地区4月风速最大的结论有不同之处，恰好说明三江源区风速的气候变化具有明显的区域特征，很有研究意义。通过分析各站平均风速的月变化可知，各站月平均风速最大值出现月份各有差异，基本出现在2―5月。
2.5 平均风速的突变特征
平均风速的长期变化具有一定的突变性，用M-K进行突变检验（图6）。由UF曲线可见，1976年至1980年代中期，UF曲线在统计值0以上波动变化，上升趋势不明显；1980年代中期到1990年代初，UF曲线在统计值0以下，呈下降的趋势，但这种下降趋势不明显。自1990年代以来，三江源区平均风速有一明显的减少趋势，这种减少趋势均大大超过显著性水平0.05临界线，甚至超过了0.001显著性水平（u0.001=2.56），表明三江源区平均风速的减少趋势是十分明显的。根据UF和UB曲线交点的位置，曲线在±1.96信度线内相交于1991年，确定三江源区平均风速1990年代中期的减少是一种突变现象，说明在1991年三江源区年平均风速发生了显著的减少性突变。而从季度变化看，春、夏、秋、冬四季分别在1994年、1993年、1992年、1989年发生了突变现象，突变点均在信度线内。由于地理位置不同，各站的突变年份也不一样。用M-K并结合滑动T检验法，对三江源各站年平均风速进行突变检验，结果发现，泽库1986年、治多1980年、杂多1982年、囊谦1986年、班玛1987年、曲麻莱2010年、河南1995年、玛多1994年、沱沱河2000年、达日1987年发生了突变，且突变点均在显著区内；其他台站或没发生突变，或虽然年平均风速有变化，但突变点不在±1.96信度线内，未通过信度检验，则认为突变不存在。
2.6 影响风速变化的因素
影响风速变化的影响因素很多，除大气的大尺度环流系统的变化外，还受到当地地形、热力作用和观测环境改变等的影响。到目前为止，风速下降的原因仍存分歧，主要观点有2种：一是大气环流的减弱。江 滢等[12]的研究发现大气环流的变化是造成中国年平均风速呈显著减少趋势最可能的原因。此外，由于中国是典型的季风区，一些针对东亚地区的研究也显示东亚季风确实存在缓慢减弱的变化趋势。二是人类活动的影响，土地利用的变化引起的下垫面变化都是导致近地层风速减弱的诱因。三江源区的风速大小与地理分布和地形有很大的关系。三江源大部分地区海拔在4 000 m以上，其地面观测的风，相当于内地对流层中层的风，故风速较大。如西部的沱沱河和五道梁[11]，海拔高度超过4 500 m，该区地势高峻，山体庞大，冷空气活动频繁，常年盛行强劲的偏西风，故风速大，而东南部的班玛、囊谦因海拔低，很少受到系统性大风影响，风速较小。北部易受西北冷空气的影响，风速偏大。在三江源区，日温差大，日照时间长，辐射强烈，下垫面受热不均，在热力作用下，动量下传，易产生较大的风，这也是高原地区常见风的形成形式。通过对三江源区平均风速与年平均气温的统计分析，风速与气温的变化曲线呈反相位，其Pearson相关系数为-0.353（P研究结果表明，近40年五道梁、沱沱河、玛多三站的年平均风速最大全球陆上平均风速分布图，分别为4.3、3.9、3.1 m/s；玉树、班玛年平均风速最小，为1.0、1.2 m/s。沱沱河、五道梁、玛多3个站年平均风速减少最为显著，分别为-0.21、-0.20、-0.19 m/（s・10年），大部分台站年平均风速变化趋势都通过了0.05以上显著性水平检验。三江源区年平均风速地理分布呈西部最大，南部、东南部最小的特征。
近40年三江源区平均风速为2.3 m/s，年平均风速呈明显减少趋势，变化率为-0.11 m/（s・10年），达到了0.001的显著性水平检验，表明该地区年平均风速减小趋势非常明显。近40年四季年平均风速均呈明显减小趋势，春、夏、秋、冬四季平均风速以-0.19、-0.08、-0.06、-0.09 m/（s・10年）的速度显著减小，春、夏、秋季均通过了0.001显著性水平检验，冬季通过了0.01显著性水平检验。春季变幅明显，秋季变幅较小，四季平均风速的减小幅度表现为春季>冬季>夏季>秋季的气候特征。春季平均风速减少最显著，与冬季是中国平均风速减少最显著的季节[12]的结论有不同之处，地域不同是存在差异的主要原因。源区平均风速的月变化呈明显的单峰型，9月平均风速最小，为1.9 m/s，3月平均风速最大，达到了2.9 m/s。
根据UF和UB曲线交点的位置，曲线在±1.96信度线内相交于1991年，确定三江源区平均风速1990年代中期的减少是一种突变现象，说明在1991年三江源区年平均风速发生了显著的减少性突变。春、夏、秋、冬四季分别在1994年、1993年、1992年、1989年发生了突变现象，突变点均在信度线内；三江源区的年异常值出现在1997年（负异常），春季平均风速出现了2次异常偏大年份，夏季在1979年异常偏大；秋季则出现了3次异常偏大年份；冬季在1977年异常偏大，1997年则异常偏小。
江 滢等[12]在总结国内外各方面的研究得出，认为近50年来中国年平均分速、大风日数、最大风速均呈明显的减小趋势变化。冬季是中国平均风速减小最显著的季节。从全国平均来看，出现较大风速及静风的天数在明显减少，中国大部分地区年平均风速的减少趋势主要是由出现大风速日数减少造成的。通过对三江源区平均风速的分析研究，该地区平均风速的变化趋势与全国的变化趋势是一致的，呈显著性减小趋势。
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