最大风速的估算方法与应用

本文利用ECMWF的1979-2012年空间分辨率为0.75°×0.75°的REA每日4个时次的多层10 min平均风速格点资料,提取了研究区域(18°-26.25°N,108.75°-118.5°E)内的年最大风速序列,并对其年际变化特征和空间分布特征进行了分析。在分析空间分布特征的基础上,分类选择代表格点,建立最大风速序列,分别利用第Ⅰ型极值分布和皮尔逊Ⅲ型分布方法估算了各个代表格点不同高度层在不同重现水平下的最大风速极值,并比较两种方法估算结果的异同。在东南沿海年最大风速从近海到沿海岸线地带,再到内陆山地丘陵依次递减。在最大风速估算中发现两种估算方法所得结果相近,都可用于最大风速估算。估算结果与实际最大风速序列极大值相比较偏小,在实际应用中可按适线原则通过调整参数获得更准确的估算结果。通过分析估算方法和估算结果,为确定工程设计最大风速提供了新的思路和方法,有利于提高气象部门的专业气象服务质量水平。     

基于两种分布的勉县年最大日降水量重现期估算

2021年8月22日勉县遭遇极端降水事件,日降水量高达2379 mm,灾害十分严重。统计分析1959—2021年勉县历史逐年最大日降水量特点,采用皮尔逊Ⅲ型（简称P-Ⅲ型）曲线分布和耿贝尔极值分布方法推算重现期及降水量,并将两者进行比较,对2021年8月22日极端大暴雨进行重现期估算。结果表明：勉县年最大日降水年际变化明显,2008年以来变率增大且有更极端的趋势;基于P-Ⅲ型曲线分布和耿贝尔极值分布的1959—2020年最大日降水积累概率拟合效果均较好,但耿贝尔极值分布对年最大日降水量的拟合优于P-Ⅲ型分布;应用耿贝尔极值分布推算勉县极值降水,100 a一遇的日降水量为1547 mm,2021年8月22日降水量2379 mm的重现期为4 88133 a。增加2021年最大日降水量进入样本序列重新构建耿贝尔极值分布函数,推算日降水量2379 mm的重现期为70735 a,100 a一遇的估算降水量为1834 mm,重现期及降水量估算变化均较大,说明超极端降水和样本长度对重现期的推算影响较大。     

岳阳洞庭湖大桥桥位设计风速推算

利用岳阳气象站1953-2010年年最大风速观测资料,通过时距换算、高度换算及地形订正等处理,构建相当于开阔平地10m高度处10min平均年最大风速58年序列。根据极值Ⅰ型分布曲线,采用耿贝尔法计算出10m高处不同重现期(200年、100年、50年、20年、10年)基本风速,根据洞庭湖区测风塔与岳阳气象站相应时段10min平均月最大风速比值,外推得到岳阳洞庭湖大桥桥位设计风速。根据设计风速,取α=0.131,利用风速随高度变化的指数公式推算到300m以内各个高度层(70m内10m一层,70m以上间隔30m)最大风速。     

广东地区大风拟合的适用性研究

根据广东省电白、珠海、惠来、云浮、韶关和梅县6个气象站的历史最大风速资料,分别用极值Ⅰ型分布、皮尔逊Ⅲ型分布和韦布尔分布3种方法进行拟合分析。拟合的结果表明,极值Ⅰ型分布与皮尔逊Ⅲ型分布都能较好地拟合出最大风速的频率分布,韦布尔分布拟合效果较差;内陆地区极值Ⅰ型分布和皮尔逊Ⅲ型分布得到的结果相近,而沿海地区由于风速波动性较大,极值Ⅰ型分布拟合的重现期风速要大于皮尔逊Ⅲ型分布。但在各种工程的实际拟合应用中,仍然需要根据具体的情况采取合适的拟合方法。     

内蒙古东部电网最大风速及其重现期极值分布特征

利用内蒙古东部48个气象站有自记式风速仪记录以来的逐年10 min最大风速资料,采用极值Ⅰ型计算方法,给出了该地区重现期30年、50年和100年的极值风速分布图,并分析了近30年最大风速和极值风速的分布特征。结果表明：近42年来内蒙古东部年最大风速具有明显的阶段性下降趋势, 减小速率约为每10年14 m/s;最大风速的年内变化为双峰型,年最大风速主要出现在春季;偏西风的最大风速较大,出现年最大风速的频率高达70%;年最大风速值和极值风速的分布总体呈自西向东减小趋势,但也存在明显的区域性分布特征。该结果将为内蒙古东部电网的设计、运行和维护提供重要的参考依据。     

最大风速变化特征及再现期极值估算

利用枣庄市1971~2008年各月10 min最大风速资料,对枣庄最大风速统计分析。发现38年中枣庄春季、夏季、秋季、冬季和全年的最大风速都呈下降趋势,年最大风速以每10年1.47 m/s的幅度下降,冬季下降最快,达到每10年降低1.67 m/s,夏季、秋季降低幅度很接近,都小于年平均最大风速降幅,春季最大风速下降最慢,且最大风速极值主要出现在春季。枣庄各月最大风速变化曲线呈递减的"两峰两谷"形。用柯尔莫哥洛夫方法对耿贝尔分布函数进行拟合优度的检验,其显著水平达到0.05,因此利用耿贝尔分布函数估算出枣庄未来若干年的最大风速极值,以满足生产建设规划与设计中对最大风速极值的要求。     

红雁池二电厂配套输出工程区设计风速推算

分析了乌鲁木齐、达坂城、红雁池气象哨三站的大风资料知:红雁池与乌鲁木齐风速之间的线性关系较好,因此用乌鲁木齐气象站大风资料,订正红雁池气象哨大风序列。又根据风随高度变化的规律及极值I型分布函数,计算出红雁池气象哨10m、15m高度处不同重现期10min平均最大风速和瞬间极大风速,从而进一步推出工程区构筑物所能承受的设计风速。     

鄂东长江公路大桥设计风速推算研究

利用黄石气象站年最大风速资料,在均一性检验基础上,利用极值Ⅰ型分布曲线,推算出气象站处基本风速,结合桥位处一年完整的对比观测,通过比值法把基本风速推算到设计风速。结果表明:(1)黄石气象站年最大风速在1990年前后突然减小,可能与周边建筑物增加以及全球气候变暖共同作用有关;(2)黄石气象站不同重现期(100、50、30、10 a)10 m高处10 m in平均年最大风速(基本风速)分别为25.1、23.3、22.0、19.1m/s;(3)确认气象站到桥位的风速放大系数为1.2;(4)桥位区不同重现期(100、50、30、10 a)10m高处10 m in平均年最大风速(设计风速)分别为30.1、28.0、26.4、22.9 m/s。     

广东省风速极值Ⅰ型分布参数估计方法的比较

利用广东省86个气象站1951—2003年的年最大风速序列资料，应用极值Ⅰ型分布函数对各站的年极值风速进行了概率计算，计算过程中极值Ⅰ型分布函数分别采用了3种参数估计方法：矩法、耿贝尔法和极大似然法，结合3种表征参数估计优良性的指标，对不同的参数估计方法进行了比较，结果表明：大多数情况下采用耿贝尔法时拟合效果最好，即使在矩法或极大似然法为优的情况下，其拟合优良性指标与耿贝尔法也较为接近。     

武汉青山长江公路大桥设计的风参数研究

利用黄陂气象站、武汉青山长江公路大桥桥位处新建的测风塔和湖北省农展中心自动气象站风资料,采用极值I型分布法对武汉青山长江公路大桥设计的风参数进行研究,结果表明:(1)桥位区10 m高度年最大、极大风速为分别为17.0 m·s~(-1)、20.9 m·s~(-1),年均大风日数为5.8 d,年最多风向为NNE;(2)气象站100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(基本风速)为25.6 m·s~(-1),桥位处100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(设计风速)为29.0 m·s~(-1);(3)风速较大时水平动量的垂直湍流通量较风速小时大、湍流参数较风速小时小、湍流谱密度值较风速小时增大1～2个量级;极大风速发生时1 h内的风攻角为0°～3°。     

深圳湾公路大桥设计风速的推算

从资料的完整性和合理性、方法的规范性等几方面着手，对深圳湾公路大桥设计风速进行推算。利用深圳市气象站1954～2001年逐年年最大风速资料，通过时距、高度、地形等订正后得到相当于开阔平地上方10 m高度10 min年最大风速48年序列，使之符合建筑抗风指南或规范的要求。再利用极值Ⅰ型计算出不同重现期的基本风速，同时用耿贝尔的参数估算法和修正后的矩法参数估计法计算出不同重现期（200、120、100、60、50、30、10年）的基本风速。研究发现桥位区自动气象站与深圳市气象站最大风速正相关显著，前者是后者的1.1倍，从而可将基本风速外推到桥位区，进一步根据规范将该值放大1.11/2（1.049）倍至海面上，最终得到设计风速。还利用近地层风的指数和对数曲线推算出150 m内每10 m高度层的最大风速。     

吉林市暴雨强度公式推求和设计雨型

利用吉林市1961—2017年分钟降雨量数据,分别采用年最大值法和年多个样法选样,P-Ⅲ型、指数型和Gumbel分布拟合频率分布曲线,根据误差最小原则选择最佳取样及拟合方法,采用最小二乘法求解暴雨强度公式参数,并将新旧暴雨强度公式进行比较,再利用推求出的公式参数模拟吉林市短历时芝加哥雨型。结果表明:通过年最大值法选样和P-Ⅲ型频率分布曲线拟合得到的暴雨强度公式精度最高。5~20 min历时新编暴雨强度公式计算的暴雨强度值与旧编公式相当或偏小,30~180 min历时新编暴雨强度公式计算的暴雨强度值偏大。在相同重现期下,随着降雨历时的延长,雨强变化率逐渐加大。吉林市短历时雨型的综合雨峰位置系数为0.389。30~180 min历时雨型形态均为单峰型,各历时瞬时雨强峰值接近,雨峰位置位于偏整场降雨过程的1/2处之前。累计雨量的变化特征与设计暴雨雨型形态一致。     

用两种极值推断法推算粤中上百年一遇最大日降雨量

根据粤中具有代表性的四会气象观测站1961—2010年共50年的气候资料,应用皮尔森-Ⅲ分布和第Ⅰ型极值分布函数来拟合该地区不同重现期的最大日降雨量,结果表明用第Ⅰ型极值分布函数推算重现期为5年以上的最大日降雨量拟合程度更高,用此研究方法可求出的超历史资料记录范围的最大日雨量。     

风电场不同高度的50年一遇最大和极大风速估算

风电场50年一遇最大和极大风速是决定风电机组极限载荷的关键指标, 也是风电项目开发中机组选型和经济评估的关键指标之一。该文重点从气象学角度, 结合我国风电项目开发的实际情况, 提出5 d最大10 min平均风速取样法, 用Ⅰ型极值概率分布来估算风电场不同高度50年一遇最大风速; 以附近气象站长期的历年最大风速及与风电项目内测风塔同期的逐日最大风速资料, 修正所得结果。再以实测到的大风速段的最大阵风系数, 推算风电场不同高度50年一遇的极大风速。并利用内蒙古巴彦淖尔市乌兰伊力更风电场300 MW项目1年的实测风资料及内蒙古乌拉特中旗气象站的测风资料, 估算乌兰伊力更风电场内不同高度上50年一遇的最大和极大风速。     

广东省风速极值I型分布参数估计方法的比较

利用广东省86个气象站1951—2003年的年最大风速序列资料,应用极值I型分布函数对各站的年极值风速进行了概率计算,计算过程中极值I型分布函数分别采用了3种参数估计方法矩法、耿贝尔法和极大似然法,结合3种表征参数估计优良性的指标,对不同的参数估计方法进行了比较,结果表明大多数情况下采用耿贝尔法时拟合效果最好,即使在矩法或极大似然法为优的情况下,其拟合优良性指标与耿贝尔法也较为接近。     

广西一日最大降水量的极值分布

本文讨论了用Ⅰ、Ⅱ型极值分布和韦伯尔分布来拟合一日最大降水量的概率分布函数的方法。为广西一些台站的一日最大降水量选配了分布函数,并讨论了拟合效果。根据所配的分布函数,计算了广西一些台站部分重现期对应的一日最大降水量极值及确定任一极值的重现期的方法。     

1971-2010年虎林市最大风速变化特征

利用虎林市1971-2010年各月10 min最大风速资料,对虎林市最大风速进行统计分析,发现40 a虎林市春季、夏季、秋季、冬季和年最大风速每10 a以1.65 m/s的幅度下降,冬季下降最快,达到每10 a下降1.90 m/s,春季、夏季降低幅度很接近,都小于年最大风速降幅,夏季最大风速下降最慢,且最大风速极值主要出现在秋季和春季。虎林市各月最大风速变化曲线呈＂递减的两峰一谷＂型。     

用短期大风资料推算极值风速的一种方法

根据复合极值分布理论，试用二项—对数正态复合极值分布，利用海上短期实测大风资料求算海面多年一遇极值风速，并以此作为基础值，以沿岸站长年代大风经验公式计算风速为订正值，基础值与订正值的叠加作为海面多年一遇工程设计风速。该方法计算结果与皮尔逊Ⅲ型、泊松—龚贝尔复合极值分布计算结果相近，较单纯由二项—对数正态分布计算稳定度增大。     

上海地区沿海（江）岸非汛期不同重现期最大风速估算

非汛期不同重现期最大风速是沿海(江)岸堤防设计标准、工程安全性和投资成本估算的一个重要参数。文中基于上海崇明、宝山、南汇、奉贤和金山5个沿海(江)岸气象站历史风速观测资料和横沙岛测风塔10 m高度逐日最大风速资料,采用极值I型分布估算了上海地区沿海(江)岸非汛期(1—5月和10—12月)各风向不同重现期最大风速。结果表明,上海地区沿海(江)岸非汛期的最大风速以W风最大,SW风最小。沿海(江)岸非汛期50 a一遇最大风速为23.3—28.3 m/s,小于上海地区基准风速(30.0 m/s)。各地非汛期不同风向50 a一遇最大风速的最大差值为3.4—8.1 m/s,同一重现期各地沿海(江)岸10 m高度最大风速极值也相差较大。崇明区域非汛期沿海(江)岸最大风速最大,其次是南汇区域,宝山区域最小。上海地区最大风速一般都出现在沿海地带,其分布与上海实际地理、地表状况相符。     

用Pearson-Ⅲ概率分布推算重现期年最大日雨量

许多工程的设计需依据给定重现期的降水极值，概率推算是其中一种重要的方法。Pearson—Ⅲ型曲线常用于拟合降水频数分布，该文简要介绍了用Pearson—Ⅲ型概率分布推算重现期年最大日雨量的基本方法。采用漳州市10个测站1961～2003年最大日雨量资料，计算给定重现期的最大日雨量。运用常见的办公软件Excel 2000的函数计算功能，构造Pearson—Ⅲ概率分布函数公式，实现软件的快捷计算。初步结果为：在全市10个站的拟合中，有7个站拟合效果较好，3个站拟合效果较差。文中就提高Pearson—Ⅲ概率分布计算精度方面进行了讨论。