近44年全球陆域近地面风速时空特征及其与气压梯度力的关系

发布时间：2020-08-19 17:26

【摘要】：对于陆域风速变化的研究有利于深入认识气候变化和风能资源的开发和评估,既有重要的理论意义,也有重要的实际运用价值。基于现有国内外陆域近地面风速变化研究的不足,本文基于全球观测资料、再分析资料等数据集,综合运用相关、合成分析、主成分分析、动力诊断等方法,探讨全球尺度上陆域近地面风速时空变化特征,揭示可能导致全球尺度上陆域近地面风速变化的原因,主要结论包括:全球大部分地区陆域近地面风速表现为减弱趋势,年平均风速的减弱趋势为-0.092 m/(S·10yr),其中下降最显著的区域分布在亚欧大陆、美国沿海,年平均风速下降趋势超过-0.3 m/(s·10yr)。风速第一模态方差贡献率为65.11%,并且第一模态整个空间场均以正值空间分布为主;第二模态方差贡献率为18.12%,时间序列1977-1993年以增强趋势为主,1993-2016年以减弱趋势为主。此外,纬向风u和经向风v对总风速变化的贡献并不一致。北半球中高纬地区,经向风下降趋势更加明显,部分地区达到-0.2m/(s·10yr)。欧洲中部、东南亚、亚洲中部,南美洲海岸线附近的风速改变主要由经向风改变主导,经向风速变化对总风速变化的贡献均超过70%。欧洲北部和南部、亚欧大陆交界处、中国东南沿海的风速变化主要由纬向风主导,纬向风速变化对总风速变化的贡献均超过65%。研究期间,全球年平均气压梯度力呈显著下降趋势,且1990-2005年下降最快。气压梯度力下降最明显的区域分布在北美西海岸,北美北部,欧洲中部和亚洲北部。气压梯度力第一模态方差贡献率为14%,第二模态方差贡献率为10%。地转风第一、二模态方差贡献率和气压梯度力第一、二模态方差贡献率完全一致,并且二者呈现完全一致的时空场分布,两者的线性回归相关系数达到0.98。全球平均而言,地转风和实测陆域近地面风速呈显著正相关,相关系数达到0.6,地转风每增强1m/s,实测风速增加0.37m/s左右。不同区域的贡献不同,在亚洲最北部和南美非洲中部的部分区域,地转风每增强1 m/s,实测风速上升约0.6 m/s。此外,实测近地面风速的波动较大,意味着除了地转风影响实测风速外,实测风速还会受其他因素的影响。气压梯度力的改变主要由温度梯度变化引起。全球平均温度增强趋势为0.256℃/yr。温度的增加导致温度梯度减弱,全球年平均温度梯度以减弱趋势为主,每100km趋势系数为-0.033℃/yr,通过99%显著性检验。减弱趋势最显著的区域位于北半球中高纬度地区,部分地区超过-0.1℃/yr。此外,全球大部分地区,温度梯度和气压梯度力呈正相关关系,并且显著正相关的区域主要位于中亚、东亚、北美、非洲部分地区以及南美洲部分地区。全球平均而言,温度梯度和气压梯度力之间的相关系数达到0.72,温度梯度和气压梯度力随时间的波动基本一致,二者并未存在显著差异。
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P424.2;P425.4
【图文】：

站点,研究方法,全球,澳洲

￡￣丨６０。已，５０。５￣１０。５）。基于以上划分标准，中亚共计３４４个站点，东亚逡逑共计５０８个站点，南亚共计２７３个站点，北美共计６８１个站点，南美共计１４０个逡逑站点，非洲共计１０６个站点，澳洲４６共计站点（图２．１ｂ）。逡逑１４逡逑

近44年全球陆域近地面风速时空特征及其与气压梯度力的关系

图３．１邋１９７３－２０１６年?

平均风速,全球,风速,第一

图３．３邋１９７３－２０１６年全球年平均风速ＥＯＦ分解（ａ和ｂ分别表示风速第一、二模态空间场》ｃ逡逑表示第一、二模态对应的时间系数，其中蓝线和红线分别表示第一、二模态的时间系数。第逡逑—、二模态通过９５％显著性ｉＶｏｒｆＡ检验）逡逑为深入揭示全球尺度上陆域近地面风速时空特征，提取风速场时空特征信号，逡逑我们对风速进行ＥＯＦ分解。因为本文主要考虑陆域风速的年代际变化，因此在进逡逑行ＥＯＦ分解之前，首先对原始风速序列进行九年滑动平均处理，提取年代际波动逡逑信号，然后对提取的年代际信号进行距平处理，最后进行ＥＯＦ分解。图３．３显示逡逑风速ＥＯＦ分解以后的第一、二模态时空变化，结果表明：第一模态方差贡献率为逡逑６５．１１％。第一模态时间序列整个研究时段内以减弱为主。由于风速年平均ＥＯＦ分逡逑２３逡逑

【参考文献】