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摘 要：利用2010—2017年常規气象观测资料，分析了重庆永川大风时空分布规律、极端性特征及其天气学背景，为大风预报提供参考。结果表明：（1）永川出现了58次大风过程，风向以NNW或N为主，集中在中部地区和河谷地带。（2）四季皆有大风出现，4月、5月、8月大风较为频繁，主要出现在凌晨前后、傍晚前后。（3）非单站型较单站型大风偏多近40%，非单站型在午后到夜间易发生，影响全区大部地区;单站型02—07时最多，集中在永川中部偏北一带。（4）每年均有9级以上大风出现，区域性最强大风过程为2013年4月5日（A过程），城区最强大风过程为2015年5月10日（B过程），均具有持续时间长、范围广、强度大的特征。（5）对比A、B过程，相同点在于高空有深厚低槽东移过境重庆，地面有冷高压发展，永川受较强冷空气的影响;不同的是，A过程是受冷高压前沿气压梯度差造成的梯度大风，B过程在高空为槽前西南气流，地面上有热低压发展，出现了混合性大风。
关键词：大风;分布特征;天气系统
中图分类号 P425 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）15-0179-06
Distribution Characteristics of Strong Winds in Yongchuan District of Chongqing City
DENG Xia1 et al.
（1Chongqing Yongchuan District Meteorological Bureau， Chongqing 402160， China）
Abstract： In order to provides reference for gale forecast， based on the conventional meteorological observation data from 2010 to 2017， this paper analyzes the spatial and temporal distribution， extreme characteristics and synoptic background of strong winds in Yongchuan District of Chongqing City .The results show that：（1）There are 58 Gale processes in Yongchuan， the wind direction is mainly NNW or N， concentrated in the central region and the river valley of Yongchuan.（2）There are strong winds in all seasons， and the more frequent in April， May and August， mainly around the morning and evening.（3）The strong wind frequency of non-single station type is 40% more than that of single station type， and the non-single station type is easy to occur from afternoon to night， affecting most areas of the region; the single station type is the most frequent from 02：00 to 07：00， concentrated in the north of Central Yongchuan.（4）The gales above 9 grade happen every year， the strongest regional gale process is April 5， 2013 （Process A）， and the strongest gale process of Yongchuan meteorological station is May 10， 2015 （Process B）， which all have the characteristics of long duration， wide range and strong intensity.（5）Compared with A and B processes， the same point is that there is a deep trough moving eastward through Chongqing， with the development of cold high pressure on the ground， and Yongchuan is affected by strong cold air; the difference is that process A is a gradient gale caused by the pressure gradient difference in the front of the cold high pressure， while the process B is a mixed gale caused by the development of the thermal low pressure on the ground and southwest airflow in front of the high trough.
Key words： Strong winds; Distribution characteristic; Weather system 重庆永川位于长江上游北岸、重庆西部，是成渝城市群的节点城市，为丘陵地带[1]，一年四季均有大风出现，其发生往往会毁坏地面设施和建筑物，引起农作物倒伏、绝收等，危害极大，是永川常见的一种灾害性天气[2-4]。费海燕等[5]对2004—2013年中国强雷暴大风的气候特征和环境参数进行了统计分析研究，指出西南、华南地区从3月开始出现强雷暴大风。龙柯吉等[6]采用常规气象观测资料、闪电定位、多普勒雷达资料研究了四川盆地的34次雷暴大风过程，并根据冷空气参与情况及500hPa影响系统进行分类分析。谢今范等[7]分析了吉林地面和0.5～40km高空风速的时空变化特征，及高、低空风速变化的原因，指出大气环流系统对吉林地面和高空风速均有影响。而从极端大风研究方面来看，李燕等[8]指出极端寒潮大风天气是北方冷空气南下形成强冷锋与北上强江淮气旋共同作用造成的，西高东低形势形成的强气压梯度区自西向东经过大连地区，造成大连地区罕见的寒潮强风天气。康岚等[9]对发生在四川盆地的一次极端大风天气过程进行了分析，推断出此次极端大风是由单体弓形回波带来的湿下击暴流所导致。
前人在寒潮大风、雷暴大风等方面研究较为成熟，本研究在参考前人的研究思路与方法的基础上，从年、月、日尺度和空间分布上分析永川大风的分布规律，同时选择区域性最强、城区极端最大风速的大风事件进行探讨，总结永川大风特征及极端大风事件发生发展的天气学背景，进一步提高大风预报的准确性，对于当地气象防灾减灾与保障人民生命财产安全具有重要作用[10-14]。
1 资料来源和研究方法
1.1 资料来源 本文定义春季为3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月，冬季12月至次年2月。大风的天气标准，定义大风为：当瞬间最大风速（极大风速）≥17.0m/s，或2min平均风速≥12.0m/s，或10min平均风速≥10.0m/s。
本研究采用的数据来源于重庆永川气象观测站，具有温度、雨量、风向、风速4个要素观测资料，共24个站点资料。永川区域气象站于2005年陆续开始建设，到2010年全部站点建设完成、维护较好且可用性较高，考虑资料的代表性、准确性、比较性以及可用性，最终选取2010—2017年的气象观测资料。
数据质控：本研究选用永川区域站观测数据，首先对大风数据进行质控，排除异常值，筛选因仪器故障等出现的大风数据，按照大风定义，确定最终真实、可靠的大风数据。具体质控方法：a普查2010—2017年逐日风速数据，包括极大风速、2min平均风速、10min平均风速数据，根据风速值判断该数据是否合理;b检验大风发生时刻是否为突变值，即发生前5h，该站点风速是否有变大的趋势，或周围站点（永川地区及重庆西部地区）是否有大风出现及风速增大的情况;c结合a和b对普查的大风数据进行质控，判断是否有误。特别说明：针对永川国家一般站的气象数据，人工对其维护和质控较好，当永川国家一般站出现大风时，判断为正确。
1.2 研究方法 （1）确定大风过程。记录第一个出现大风站点的时间为大风开始时间，若连续5h无站点再出现大风，则最后出现大风站点的时间为大风结束时间，从开始时间到结束时间的过程定义为1次大风过程。（2）分析单站型大风与非单站型大风。本文定义单站型大风为，只有1个站点达到大风标准，非单站型大风即为1个站点以上达到大风标准。（3）选取区域性最强、城区极端最大风速的大风事件进行分析。
2 结果与分析
2.1 空间分布特征 2010—2017年，永川共发生了58次大风过程，从空间分布来看（图1），永川大风的地理分布不均匀，对于大风观测站来说，大部分测站的年平均大风次数在1～3d，年平均为3d以上的较少。永川大风出现的总体规律是中部地区多于其他地区，河谷地带多于山区，且中山路街道、来苏镇等地为易发区，同时具有很强的局地性特征，存在2个大风速带，分别为孙家口至永川城区一带和革命水库一带。
第1个风带位于孙家口、永川城区一带，孙家口和永川城区均属于中山路街道范围，位于永川中部地区。孙家口最多26次，其中2011年和2013年为大风最多年份，各6次，共占比46%;出现最多的季节为春季19次，占比73%;出现最多月份为5月9次，占比35%;出现最多的时段是傍晚到夜间。由于此风带在春季最为频繁，多受冷空气活动影响，以冷空气大风为主。
第2个风带位于革命水库一带，革命水库属于来苏镇，位于永川西部地区。革命水库共出现16次大风，其中2013年为大风最多年份，达8次，占比50%;出现最多的季节为夏季12次，占比75%;出现最多月份为8月8次，占比50%;出现最多时段在傍晚前后。由于此风带在夏季最为频繁，常以对流性大风为主，表现为雷雨大风。
结合永川所处的地理位置进行分析，永川中部一带有箕山、阴山、黄瓜山，均呈东北-西南向狭条状，中部地区受地形影响，容易出现大风。而2个大风速带，孙家口-城区一带位于箕山与黄瓜山之间存在狭管效应;另一个风速带，革命水库位于阴山与黄瓜山之间，且周边较为空旷，无高大建筑物阻挡，容易出现大风。因此，永川中部地区多大风出现，且存在2个大风速带。
2.2 时间分布特征
2.2.1 年变化 从年变化来看，永川平均每年发生7.3次，2011年、2013年和2015年在年平均以上，其余年份均在年平均以下;其中，2013年大风过程最多为13次，其他年份相对较少，2012年最少为4次。选取永川2个大风带中的3个代表气象站（孙家口、永川城区、革命水库），分析代表站大风次数逐年分布情况（图2）。2010—2017年，孙家口和城区大风次数变化趋势一致，2010—2011年呈增加趋势，2012年明显减少，2013—2015年呈波动变化，2016—2017明显減少。2010—2017年，革命水库呈单峰型，在2013年出现峰值达8次，其余年份均较少。从3个代表站来看，2013年为大风次数最多，革命水库、孙家口大风次数达到了峰值，分别为8次、6次，永川城区大风次数也偏多，为5次。综上，2010—2017年，大风过程年平均在7次以上，每年最多可达13次，2013年为大风多发年份，2012、2016—2017年大风次数相对偏少。 2.2.2 月变化 从月变化来看（图3），永川大风呈双峰型，3月大风开始增多，5月达到第1个峰值，6月减少，7月又开始增多，到8月份形成第2个峰值。全年8月最多达16次，共占全年大风的27.6%，5月次之12次，占全年大风的20.7%。从季节分布来看，夏季最多28次，占全年大风总次数的48.3%，春季次之25次，占全年的43.1%，秋季和冬季共仅占全年的8.6%。所有大风过程中，大风最早发生在2011年3月14日16时，最迟发生在2013年12月26日13时。综上，永川大风季节较长，除1月、2月外，其余月份均有大风发生，其中4月、5月、8月大风较为频繁。春、夏季发生大风的概率最大，占比约高达90%，春季多冷空气影响，夏季多对流性天气发生，致使春、夏季大风发生频繁。
2.2.3 日变化 从日变化来看（图4），永川大风同样呈双峰型。第1个高峰期时段开始出现在凌晨前后，凌晨02时次数最多，达8次;其次是午后到傍晚前后开始的大风，20时为大风出现的第2个高峰期时段，共5次;08—14时风速较为稳定，极少出现大风天气。其中，15时至次日07时出现的大风占全天的94.8%。统计所有大风过程，发现夏季的28次大风有15次出现15—21时，达到53.6%，且伴随雷暴或短时强降水的出现，这种日变化特征主要与夏季午后热力、动力条件较好，傍晚前后对流更容易发生有关。
2.3 单站型与非单站型 从单站型和非单站型来看（图5），单站型大风22次，非单站型36次。单站型大风年变化不明显，呈上下波动趋势，多出现在4月、5月和8月，以凌晨02—07时发生最多。单站型大风出现后持续时间很短，具有阵性、突发性的特点，主要集中在永川中部偏北地区，其中孙家口次数最多，占全部单站大风次数的31.8%，其次为箕山和永川城区，分别占27.2%、18.2%，其余革命水库、五间、万寿、龙井口偶有发生。
非单站型大风2013年出现次数最多达13次，其次是2011年7次，2012年未出现;多出现在4—5月、7—8月，以午后到夜间发生最多。非单站型大风出现后，持续时间较单站型大风相对偏长，能够影响全区大部地区，分布不均，但主要集中在永川中部和西部地区。其中，永川城区受区域大风影响的次数最多，占全部非单站大风次数的55.6%;其次为孙家口和革命水库，分别占52.8%、41.7%。
2.4 大风极端性特征
2.4.1 区域性最强大风过程 从永川区内气象站逐年极大风速来看，每年均有9级以上大风，2013年4月5日7—12时永川出现了区域性最强的大风过程，全区极大风速均在6级（10.8m/s）以上。
2013年4月5日，重庆西部地区出现了自西北向东南方向移动的冷空气大风，此次大风过程具有持续时间长、范围广、强度大的特征。西部城区除合川外，均出现了6级以上大风，其中永川城区风速最大为22.9m/s，其次是铜梁城区20.0m/s。
永川区内，均出现了6级以上大风，主要发生时间集中在7—12时，其中有6个气象站极大风速超过17.0m/s，分别为永川城区、孙家口、革命水库、吉安、中心桥、龙井口。冷空气大风影响时，永川城区气温下降8.2℃，气压上升12.3hPa。
从天气系统和形势演变来看（图6），大风发生前，500hPa贝加尔湖以西-蒙古西部-西藏东部有高空槽东移，且四川盆地北部有低槽东移，重庆西部主要受弱脊后部控制;700hPa切变线南压至重庆南部地区且持续，青海地区有一高压，渝西地区由偏北气流转为高压底部的偏东气流影响;850hPa重庆西部的低涡、切变南压至贵州南部地区，且冷高压中心位于甘肃地区，渝西地区转为高压底部强盛的东北气流影响。
大风发生后，500hPa高空槽进一步东移，位于内蒙古东部-陕西南部-四川东部一带，永川转为槽前较强的西南气流控制;700hPa偏北风增强，继续有冷平流南下，永川为强盛的北风控制，切变线进一步南压;850hPa冷高压中心维持，永川仍为高压底部东北风影响，引导冷空气南下。
地面上，呈一个明显的升温减压变化过程，5日02时永川处于高压底部，在青海北部地区有中心值为1032.5 hPa冷高压，1005.0hPa正好压在永川上空，在青海南部到四川北部地区等压线密集，有利于梯度风的发生。随着高空低涡的东移，5日08时，引导地面冷高压东移南下，高压前部的等压线10个纬距内达10根，重庆西部受密集等压线控制，重庆西部自西向东出现了6级以上大风。
由此可见，深厚的高空槽东移过境，冷高压南下时，其前沿等压线变密集，强盛的北风气流携带强冷空气侵入四川盆地，重庆西部大部地区出现了6级以上大风，且永川全区出现了区域性最强的大风天气。
2.4.2 城区最强大风过程 从永川城区逐年极大风速來看（图7），2015年5月10日22时出现了极端最大风速值，达到23.9m/s以下。
2015年5月10日夜间出现的大风过程，为冷空气与热力不稳定同时影响的混合性大风。前期能量充足，过程来临时，出现了雷雨天气，气温陡降，气压陡升，此时风速明显增大，自北向南逐渐影响重庆西部地区，均出现了6级以上的大风天气，其中永川城区风速最大达到23.9m/s，其次是铜梁城区为19.7m/s。
此次过程，永川出现的雷雨大风天气，雨量普遍小雨，局部中雨，大风主要发生在10日22时至11日01时之间。受北风影响，冷空气南下，城区极大风速达到9级，孙家口、普莲、吉安大风达到8级，其余镇街风速仍然较大。此次过程城区风速为2010—2017年的极端最大值，同时从区域性来看，也具有持续时间长、范围广、强度大的特征。
从天气系统和形势演变来看（图8），大风发生前，500hPa低压槽东移，重庆西部地区由槽前西南气流转为槽后西偏北气流控制;700hPa内蒙古至陕西西部的切变线快速东移南压，渝西地区为西南气流转为偏西气流控制;850hPa青海至蒙古一带有冷高压活动，位于重庆西部的低涡切变线快速东移;地面上有一强度为1035hPa的冷高压中心位于贝加尔湖西南部，有一强度为1002.5hPa的热低压位于四川中部地区，冷高压主体逐渐南压至青海东南部-四川北部，地面冷锋由河套-四川西北部移至重庆北部，冷空气侵入重庆西部地区。 大风发生后，500hPa高空槽进一步东移，永川转为槽后强盛的西北气流影响;700hPa受较强的北风影响;850hPa永川受南移的高压底部东北风控制;地面冷锋快速过境，并且冷高压继续维持。
根据探空资料显示，10日08时重庆西部地区大气层结稳定，四川宜宾和重庆沙坪坝的K指数均<35℃，沙氏指数>-0.5℃，CAPE值较小，不利于强对流发展。10日20时，重庆沙坪坝强对流指标明显上升，K指数和沙氏指数分别为38.8℃、-1.46℃，CAPE达到了1049.7J/kg，大风指数在25m/s以上，有利于对流天气发生。
由此可见，大风发生前，永川受中高纬度深厚低槽前的西南气流控制，地面上有热低压位于四川中部地区，冷高压主体逐渐南下影响四川盆地时，冷暖空气交汇，大气层结不稳定，重庆西部出现了区域性雷雨大风，同时永川城区的大风为2010—2017年的极端最大值。
对比A过程与B过程，2次过程在中高层均有深厚的低槽东移过境重庆地区，中低层切变线南压，地面上贝加尔湖有冷高压发展携带冷空气从西北路径侵入四川盆地，渝西地区和永川各镇街均出现了区域性大风。A过程主要为冷高压南下时，气压梯度差造成的梯度大风，永川出现了2010—2017年区域最强大风过程。但B过程在中高层较早转为槽前西南气流，地面上有热低压发展，前期能量条件较好，中高纬度的冷高压强度较A过程稍弱，B过程出现了混合性大风，在冷暖交汇时，永川城区风速达到了2010—2017年极端最大值。
2.5 大风风向分布特征 在本研究统计的58次大风过程中（图9），各气象站出现大风时，极大风速的风向，北风（N）最多，其次为西北偏北风（NNW），分别出现31次、22次。从各月的盛行风向来看，全区4月、5月以N、NNW大风最多，其他月份则分布不均，特别是夏季强对流天气引起的大风风向均有出现，多为N、E、S、WSW、W。
统计永川城区大风发生时刻的风向，发现大风发生时最多风向为西北偏北风（NNW）和北风（N），分别出现了10次、7次，2种风向约占总数的70.9%。
根据前文的分析，永川发生大风时，高度场上各层系统后部均有较强的西偏北风，且地面冷高压主要位于重庆西部西北方向的青海与内蒙古交界处，冷空气由西北路径入侵盆周地区，西偏北风方向的气压梯度变密集，所以永川区内大风发生时主要以西偏北风或北风为主。
3 小结与讨论
通过对2010—2017年永川大风研究分析，得出如下结论：
（1）永川大风中部地区多于其他地区，河谷地带多于山区，且中山路街道、来苏镇等地为易发区，同时存在两个大风速带，分别为孙家口、永川城区一带和革命水库一带。
（2）永川共出现58次大风过程，平均每年7.3次，最多年份达到了13次（2013年）。大风出现的季节较长，除1月、2月外，其余月份均有大风发生，其中4月、5月、8月大风较为频繁。从日变化来看，大风呈双峰型，分别为凌晨前后和午后傍晚前后，而08—14时风速较为稳定，极少出现大风天气。
（3）永川出现单站型大风22次，多出现在4月、5月和8月，以凌晨02—07时发生最多，集中在永川中部偏北地区;非单站型36次，多出现在4—5月、7—8月，以午后到夜间发生最多，能够影响全区大部地区，但主要集中在永川中部和西部地区。
（4）永川每年均有9级以上大风出现，区域性最强大风过程为2013年4月5日，区内均出现了6级以上大风;城区最强大风过程，为2015年5月10日22时，达到了23.9m/s，区内各镇街风速仍然较大。2次过程渝西地区和永川各镇街均出现了区域性大风，具有持续时间长、范围广、强度大的特征。
（5）对比A、B大风过程，两者高空低槽深厚东移过境重庆，各层配合较好，地面上冷高压发展，受较强冷空气影响。但区域性最强大风过程主要为冷高压南下时，气压梯度差造成的梯度大风;城区最强大风过程在中高层较早转为槽前西南气流，地面上有热低压发展，出现了混合性大风。预报员在大风气象服务过程中需要注意此类极端大风天气形势。
（6）永川发生大风时，以西偏北风或北风为主，这与高度场上各层系统后部均有较强的西偏北风，且地面冷高压携带的冷空气由西北路径入侵盆周地区，西偏北风方向的气压梯度变密集有关。
参考文献
[1]重庆市气候业务技术手册[M].北京：气象出版社，2012.
[2]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.
[3]余蓉，张小玲，李国平，等.1971-2000年我国东部地区雷暴、冰雹、雷暴大风发生频率的变化[J].气象，2012，38（10）：1207-1216.
[4]李强，王秀明，张亚萍，等.一次副高影响下的局地强风暴触发及维持机制探析[J].气象，2019，45（2）：203-215.
[5]费海燕，王秀明，周小刚，等.中国强雷暴大风的气候特征和环境参数分析[J].气象，2016，42（12）：1513-1521.
[6]龍柯吉，康岚，罗辉，等.四川盆地雷暴大风雷达回波特征统计分析[J].气象，2020，46（2）：212-222.
[7]谢今范，刘玉英，李宇凡.吉林地面和高空风速变化特征及成因分析[J].高原气象，2015，34（5）：1424-1434.
[8]李燕，张彩凤，赵惠芳，等.大连地区寒潮强风天气的数值模拟研究[J].安徽农业科学，2010（04）：247-252，255.
[9]康岚，刘炜桦，肖递祥，等.四川盆地一次极端大风天气过程成因及预报着眼点分析[J].气象，2018，44（11）：1414-1423.
[10]许霖，姚蓉，王晓雷，等.湖南省雷暴大风的时空分布和变化特征[J].高原气象，2017，6（4）：993-1000.
[11]杨景泰，隋玉秀，王健，等.大连地区雷暴大风的气候和天气学特征[J].气象与环境学报，2017，33（6）：49-57.
[12]王小玲，宋文玲.近30a我国5级以上风日数的时空变化特征[J].气候变化研究进展，2008，4（6）：347-351.
[13]姚叶青，郝莹，张义军，等.安徽龙卷发生的环境条件和临近预警[J].高原气象，2012，31（6）：1721-1730.
[14]刘炳锋，李泳泽，欧阳帆.2005-2017年汕尾市大风特征分析及预报服务对策[J].农业灾害研究，2019，9（02）：71-72.
（责编：张宏民）
关键词：大风;分布特征;天气系统
中图分类号 P425 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）15-0179-06
Distribution Characteristics of Strong Winds in Yongchuan District of Chongqing City
DENG Xia1 et al.
（1Chongqing Yongchuan District Meteorological Bureau， Chongqing 402160， China）
Abstract： In order to provides reference for gale forecast， based on the conventional meteorological observation data from 2010 to 2017， this paper analyzes the spatial and temporal distribution， extreme characteristics and synoptic background of strong winds in Yongchuan District of Chongqing City .The results show that：（1）There are 58 Gale processes in Yongchuan， the wind direction is mainly NNW or N， concentrated in the central region and the river valley of Yongchuan.（2）There are strong winds in all seasons， and the more frequent in April， May and August， mainly around the morning and evening.（3）The strong wind frequency of non-single station type is 40% more than that of single station type， and the non-single station type is easy to occur from afternoon to night， affecting most areas of the region; the single station type is the most frequent from 02：00 to 07：00， concentrated in the north of Central Yongchuan.（4）The gales above 9 grade happen every year， the strongest regional gale process is April 5， 2013 （Process A）， and the strongest gale process of Yongchuan meteorological station is May 10， 2015 （Process B）， which all have the characteristics of long duration， wide range and strong intensity.（5）Compared with A and B processes， the same point is that there is a deep trough moving eastward through Chongqing， with the development of cold high pressure on the ground， and Yongchuan is affected by strong cold air; the difference is that process A is a gradient gale caused by the pressure gradient difference in the front of the cold high pressure， while the process B is a mixed gale caused by the development of the thermal low pressure on the ground and southwest airflow in front of the high trough.
Key words： Strong winds; Distribution characteristic; Weather system 重庆永川位于长江上游北岸、重庆西部，是成渝城市群的节点城市，为丘陵地带[1]，一年四季均有大风出现，其发生往往会毁坏地面设施和建筑物，引起农作物倒伏、绝收等，危害极大，是永川常见的一种灾害性天气[2-4]。费海燕等[5]对2004—2013年中国强雷暴大风的气候特征和环境参数进行了统计分析研究，指出西南、华南地区从3月开始出现强雷暴大风。龙柯吉等[6]采用常规气象观测资料、闪电定位、多普勒雷达资料研究了四川盆地的34次雷暴大风过程，并根据冷空气参与情况及500hPa影响系统进行分类分析。谢今范等[7]分析了吉林地面和0.5～40km高空风速的时空变化特征，及高、低空风速变化的原因，指出大气环流系统对吉林地面和高空风速均有影响。而从极端大风研究方面来看，李燕等[8]指出极端寒潮大风天气是北方冷空气南下形成强冷锋与北上强江淮气旋共同作用造成的，西高东低形势形成的强气压梯度区自西向东经过大连地区，造成大连地区罕见的寒潮强风天气。康岚等[9]对发生在四川盆地的一次极端大风天气过程进行了分析，推断出此次极端大风是由单体弓形回波带来的湿下击暴流所导致。
前人在寒潮大风、雷暴大风等方面研究较为成熟，本研究在参考前人的研究思路与方法的基础上，从年、月、日尺度和空间分布上分析永川大风的分布规律，同时选择区域性最强、城区极端最大风速的大风事件进行探讨，总结永川大风特征及极端大风事件发生发展的天气学背景，进一步提高大风预报的准确性，对于当地气象防灾减灾与保障人民生命财产安全具有重要作用[10-14]。
1 资料来源和研究方法
1.1 资料来源 本文定义春季为3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月，冬季12月至次年2月。大风的天气标准，定义大风为：当瞬间最大风速（极大风速）≥17.0m/s，或2min平均风速≥12.0m/s，或10min平均风速≥10.0m/s。
本研究采用的数据来源于重庆永川气象观测站，具有温度、雨量、风向、风速4个要素观测资料，共24个站点资料。永川区域气象站于2005年陆续开始建设，到2010年全部站点建设完成、维护较好且可用性较高，考虑资料的代表性、准确性、比较性以及可用性，最终选取2010—2017年的气象观测资料。
数据质控：本研究选用永川区域站观测数据，首先对大风数据进行质控，排除异常值，筛选因仪器故障等出现的大风数据，按照大风定义，确定最终真实、可靠的大风数据。具体质控方法：a普查2010—2017年逐日风速数据，包括极大风速、2min平均风速、10min平均风速数据，根据风速值判断该数据是否合理;b检验大风发生时刻是否为突变值，即发生前5h，该站点风速是否有变大的趋势，或周围站点（永川地区及重庆西部地区）是否有大风出现及风速增大的情况;c结合a和b对普查的大风数据进行质控，判断是否有误。特别说明：针对永川国家一般站的气象数据，人工对其维护和质控较好，当永川国家一般站出现大风时，判断为正确。
1.2 研究方法 （1）确定大风过程。记录第一个出现大风站点的时间为大风开始时间，若连续5h无站点再出现大风，则最后出现大风站点的时间为大风结束时间，从开始时间到结束时间的过程定义为1次大风过程。（2）分析单站型大风与非单站型大风。本文定义单站型大风为，只有1个站点达到大风标准，非单站型大风即为1个站点以上达到大风标准。（3）选取区域性最强、城区极端最大风速的大风事件进行分析。
2 结果与分析
2.1 空间分布特征 2010—2017年，永川共发生了58次大风过程，从空间分布来看（图1），永川大风的地理分布不均匀，对于大风观测站来说，大部分测站的年平均大风次数在1～3d，年平均为3d以上的较少。永川大风出现的总体规律是中部地区多于其他地区，河谷地带多于山区，且中山路街道、来苏镇等地为易发区，同时具有很强的局地性特征，存在2个大风速带，分别为孙家口至永川城区一带和革命水库一带。
第1个风带位于孙家口、永川城区一带，孙家口和永川城区均属于中山路街道范围，位于永川中部地区。孙家口最多26次，其中2011年和2013年为大风最多年份，各6次，共占比46%;出现最多的季节为春季19次，占比73%;出现最多月份为5月9次，占比35%;出现最多的时段是傍晚到夜间。由于此风带在春季最为频繁，多受冷空气活动影响，以冷空气大风为主。
第2个风带位于革命水库一带，革命水库属于来苏镇，位于永川西部地区。革命水库共出现16次大风，其中2013年为大风最多年份，达8次，占比50%;出现最多的季节为夏季12次，占比75%;出现最多月份为8月8次，占比50%;出现最多时段在傍晚前后。由于此风带在夏季最为频繁，常以对流性大风为主，表现为雷雨大风。
结合永川所处的地理位置进行分析，永川中部一带有箕山、阴山、黄瓜山，均呈东北-西南向狭条状，中部地区受地形影响，容易出现大风。而2个大风速带，孙家口-城区一带位于箕山与黄瓜山之间存在狭管效应;另一个风速带，革命水库位于阴山与黄瓜山之间，且周边较为空旷，无高大建筑物阻挡，容易出现大风。因此，永川中部地区多大风出现，且存在2个大风速带。
2.2 时间分布特征
2.2.1 年变化 从年变化来看，永川平均每年发生7.3次，2011年、2013年和2015年在年平均以上，其余年份均在年平均以下;其中，2013年大风过程最多为13次，其他年份相对较少，2012年最少为4次。选取永川2个大风带中的3个代表气象站（孙家口、永川城区、革命水库），分析代表站大风次数逐年分布情况（图2）。2010—2017年，孙家口和城区大风次数变化趋势一致，2010—2011年呈增加趋势，2012年明显减少，2013—2015年呈波动变化，2016—2017明显減少。2010—2017年，革命水库呈单峰型，在2013年出现峰值达8次，其余年份均较少。从3个代表站来看，2013年为大风次数最多，革命水库、孙家口大风次数达到了峰值，分别为8次、6次，永川城区大风次数也偏多，为5次。综上，2010—2017年，大风过程年平均在7次以上，每年最多可达13次，2013年为大风多发年份，2012、2016—2017年大风次数相对偏少。 2.2.2 月变化 从月变化来看（图3），永川大风呈双峰型，3月大风开始增多，5月达到第1个峰值，6月减少，7月又开始增多，到8月份形成第2个峰值。全年8月最多达16次，共占全年大风的27.6%，5月次之12次，占全年大风的20.7%。从季节分布来看，夏季最多28次，占全年大风总次数的48.3%，春季次之25次，占全年的43.1%，秋季和冬季共仅占全年的8.6%。所有大风过程中，大风最早发生在2011年3月14日16时，最迟发生在2013年12月26日13时。综上，永川大风季节较长，除1月、2月外，其余月份均有大风发生，其中4月、5月、8月大风较为频繁。春、夏季发生大风的概率最大，占比约高达90%，春季多冷空气影响，夏季多对流性天气发生，致使春、夏季大风发生频繁。
2.2.3 日变化 从日变化来看（图4），永川大风同样呈双峰型。第1个高峰期时段开始出现在凌晨前后，凌晨02时次数最多，达8次;其次是午后到傍晚前后开始的大风，20时为大风出现的第2个高峰期时段，共5次;08—14时风速较为稳定，极少出现大风天气。其中，15时至次日07时出现的大风占全天的94.8%。统计所有大风过程，发现夏季的28次大风有15次出现15—21时，达到53.6%，且伴随雷暴或短时强降水的出现，这种日变化特征主要与夏季午后热力、动力条件较好，傍晚前后对流更容易发生有关。
2.3 单站型与非单站型 从单站型和非单站型来看（图5），单站型大风22次，非单站型36次。单站型大风年变化不明显，呈上下波动趋势，多出现在4月、5月和8月，以凌晨02—07时发生最多。单站型大风出现后持续时间很短，具有阵性、突发性的特点，主要集中在永川中部偏北地区，其中孙家口次数最多，占全部单站大风次数的31.8%，其次为箕山和永川城区，分别占27.2%、18.2%，其余革命水库、五间、万寿、龙井口偶有发生。
非单站型大风2013年出现次数最多达13次，其次是2011年7次，2012年未出现;多出现在4—5月、7—8月，以午后到夜间发生最多。非单站型大风出现后，持续时间较单站型大风相对偏长，能够影响全区大部地区，分布不均，但主要集中在永川中部和西部地区。其中，永川城区受区域大风影响的次数最多，占全部非单站大风次数的55.6%;其次为孙家口和革命水库，分别占52.8%、41.7%。
2.4 大风极端性特征
2.4.1 区域性最强大风过程 从永川区内气象站逐年极大风速来看，每年均有9级以上大风，2013年4月5日7—12时永川出现了区域性最强的大风过程，全区极大风速均在6级（10.8m/s）以上。
2013年4月5日，重庆西部地区出现了自西北向东南方向移动的冷空气大风，此次大风过程具有持续时间长、范围广、强度大的特征。西部城区除合川外，均出现了6级以上大风，其中永川城区风速最大为22.9m/s，其次是铜梁城区20.0m/s。
永川区内，均出现了6级以上大风，主要发生时间集中在7—12时，其中有6个气象站极大风速超过17.0m/s，分别为永川城区、孙家口、革命水库、吉安、中心桥、龙井口。冷空气大风影响时，永川城区气温下降8.2℃，气压上升12.3hPa。
从天气系统和形势演变来看（图6），大风发生前，500hPa贝加尔湖以西-蒙古西部-西藏东部有高空槽东移，且四川盆地北部有低槽东移，重庆西部主要受弱脊后部控制;700hPa切变线南压至重庆南部地区且持续，青海地区有一高压，渝西地区由偏北气流转为高压底部的偏东气流影响;850hPa重庆西部的低涡、切变南压至贵州南部地区，且冷高压中心位于甘肃地区，渝西地区转为高压底部强盛的东北气流影响。
大风发生后，500hPa高空槽进一步东移，位于内蒙古东部-陕西南部-四川东部一带，永川转为槽前较强的西南气流控制;700hPa偏北风增强，继续有冷平流南下，永川为强盛的北风控制，切变线进一步南压;850hPa冷高压中心维持，永川仍为高压底部东北风影响，引导冷空气南下。
地面上，呈一个明显的升温减压变化过程，5日02时永川处于高压底部，在青海北部地区有中心值为1032.5 hPa冷高压，1005.0hPa正好压在永川上空，在青海南部到四川北部地区等压线密集，有利于梯度风的发生。随着高空低涡的东移，5日08时，引导地面冷高压东移南下，高压前部的等压线10个纬距内达10根，重庆西部受密集等压线控制，重庆西部自西向东出现了6级以上大风。
由此可见，深厚的高空槽东移过境，冷高压南下时，其前沿等压线变密集，强盛的北风气流携带强冷空气侵入四川盆地，重庆西部大部地区出现了6级以上大风，且永川全区出现了区域性最强的大风天气。
2.4.2 城区最强大风过程 从永川城区逐年极大风速來看（图7），2015年5月10日22时出现了极端最大风速值，达到23.9m/s以下。
2015年5月10日夜间出现的大风过程，为冷空气与热力不稳定同时影响的混合性大风。前期能量充足，过程来临时，出现了雷雨天气，气温陡降，气压陡升，此时风速明显增大，自北向南逐渐影响重庆西部地区，均出现了6级以上的大风天气，其中永川城区风速最大达到23.9m/s，其次是铜梁城区为19.7m/s。
此次过程，永川出现的雷雨大风天气，雨量普遍小雨，局部中雨，大风主要发生在10日22时至11日01时之间。受北风影响，冷空气南下，城区极大风速达到9级，孙家口、普莲、吉安大风达到8级，其余镇街风速仍然较大。此次过程城区风速为2010—2017年的极端最大值，同时从区域性来看，也具有持续时间长、范围广、强度大的特征。
从天气系统和形势演变来看（图8），大风发生前，500hPa低压槽东移，重庆西部地区由槽前西南气流转为槽后西偏北气流控制;700hPa内蒙古至陕西西部的切变线快速东移南压，渝西地区为西南气流转为偏西气流控制;850hPa青海至蒙古一带有冷高压活动，位于重庆西部的低涡切变线快速东移;地面上有一强度为1035hPa的冷高压中心位于贝加尔湖西南部，有一强度为1002.5hPa的热低压位于四川中部地区，冷高压主体逐渐南压至青海东南部-四川北部，地面冷锋由河套-四川西北部移至重庆北部，冷空气侵入重庆西部地区。 大风发生后，500hPa高空槽进一步东移，永川转为槽后强盛的西北气流影响;700hPa受较强的北风影响;850hPa永川受南移的高压底部东北风控制;地面冷锋快速过境，并且冷高压继续维持。
根据探空资料显示，10日08时重庆西部地区大气层结稳定，四川宜宾和重庆沙坪坝的K指数均<35℃，沙氏指数>-0.5℃，CAPE值较小，不利于强对流发展。10日20时，重庆沙坪坝强对流指标明显上升，K指数和沙氏指数分别为38.8℃、-1.46℃，CAPE达到了1049.7J/kg，大风指数在25m/s以上，有利于对流天气发生。
由此可见，大风发生前，永川受中高纬度深厚低槽前的西南气流控制，地面上有热低压位于四川中部地区，冷高压主体逐渐南下影响四川盆地时，冷暖空气交汇，大气层结不稳定，重庆西部出现了区域性雷雨大风，同时永川城区的大风为2010—2017年的极端最大值。
对比A过程与B过程，2次过程在中高层均有深厚的低槽东移过境重庆地区，中低层切变线南压，地面上贝加尔湖有冷高压发展携带冷空气从西北路径侵入四川盆地，渝西地区和永川各镇街均出现了区域性大风。A过程主要为冷高压南下时，气压梯度差造成的梯度大风，永川出现了2010—2017年区域最强大风过程。但B过程在中高层较早转为槽前西南气流，地面上有热低压发展，前期能量条件较好，中高纬度的冷高压强度较A过程稍弱，B过程出现了混合性大风，在冷暖交汇时，永川城区风速达到了2010—2017年极端最大值。
2.5 大风风向分布特征 在本研究统计的58次大风过程中（图9），各气象站出现大风时，极大风速的风向，北风（N）最多，其次为西北偏北风（NNW），分别出现31次、22次。从各月的盛行风向来看，全区4月、5月以N、NNW大风最多，其他月份则分布不均，特别是夏季强对流天气引起的大风风向均有出现，多为N、E、S、WSW、W。
统计永川城区大风发生时刻的风向，发现大风发生时最多风向为西北偏北风（NNW）和北风（N），分别出现了10次、7次，2种风向约占总数的70.9%。
根据前文的分析，永川发生大风时，高度场上各层系统后部均有较强的西偏北风，且地面冷高压主要位于重庆西部西北方向的青海与内蒙古交界处，冷空气由西北路径入侵盆周地区，西偏北风方向的气压梯度变密集，所以永川区内大风发生时主要以西偏北风或北风为主。
3 小结与讨论
通过对2010—2017年永川大风研究分析，得出如下结论：
（1）永川大风中部地区多于其他地区，河谷地带多于山区，且中山路街道、来苏镇等地为易发区，同时存在两个大风速带，分别为孙家口、永川城区一带和革命水库一带。
（2）永川共出现58次大风过程，平均每年7.3次，最多年份达到了13次（2013年）。大风出现的季节较长，除1月、2月外，其余月份均有大风发生，其中4月、5月、8月大风较为频繁。从日变化来看，大风呈双峰型，分别为凌晨前后和午后傍晚前后，而08—14时风速较为稳定，极少出现大风天气。
（3）永川出现单站型大风22次，多出现在4月、5月和8月，以凌晨02—07时发生最多，集中在永川中部偏北地区;非单站型36次，多出现在4—5月、7—8月，以午后到夜间发生最多，能够影响全区大部地区，但主要集中在永川中部和西部地区。
（4）永川每年均有9级以上大风出现，区域性最强大风过程为2013年4月5日，区内均出现了6级以上大风;城区最强大风过程，为2015年5月10日22时，达到了23.9m/s，区内各镇街风速仍然较大。2次过程渝西地区和永川各镇街均出现了区域性大风，具有持续时间长、范围广、强度大的特征。
（5）对比A、B大风过程，两者高空低槽深厚东移过境重庆，各层配合较好，地面上冷高压发展，受较强冷空气影响。但区域性最强大风过程主要为冷高压南下时，气压梯度差造成的梯度大风;城区最强大风过程在中高层较早转为槽前西南气流，地面上有热低压发展，出现了混合性大风。预报员在大风气象服务过程中需要注意此类极端大风天气形势。
（6）永川发生大风时，以西偏北风或北风为主，这与高度场上各层系统后部均有较强的西偏北风，且地面冷高压携带的冷空气由西北路径入侵盆周地区，西偏北风方向的气压梯度变密集有关。
参考文献
[1]重庆市气候业务技术手册[M].北京：气象出版社，2012.
[2]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.
[3]余蓉，张小玲，李国平，等.1971-2000年我国东部地区雷暴、冰雹、雷暴大风发生频率的变化[J].气象，2012，38（10）：1207-1216.
[4]李强，王秀明，张亚萍，等.一次副高影响下的局地强风暴触发及维持机制探析[J].气象，2019，45（2）：203-215.
[5]费海燕，王秀明，周小刚，等.中国强雷暴大风的气候特征和环境参数分析[J].气象，2016，42（12）：1513-1521.
[6]龍柯吉，康岚，罗辉，等.四川盆地雷暴大风雷达回波特征统计分析[J].气象，2020，46（2）：212-222.
[7]谢今范，刘玉英，李宇凡.吉林地面和高空风速变化特征及成因分析[J].高原气象，2015，34（5）：1424-1434.
[8]李燕，张彩凤，赵惠芳，等.大连地区寒潮强风天气的数值模拟研究[J].安徽农业科学，2010（04）：247-252，255.
[9]康岚，刘炜桦，肖递祥，等.四川盆地一次极端大风天气过程成因及预报着眼点分析[J].气象，2018，44（11）：1414-1423.
[10]许霖，姚蓉，王晓雷，等.湖南省雷暴大风的时空分布和变化特征[J].高原气象，2017，6（4）：993-1000.
[11]杨景泰，隋玉秀，王健，等.大连地区雷暴大风的气候和天气学特征[J].气象与环境学报，2017，33（6）：49-57.
[12]王小玲，宋文玲.近30a我国5级以上风日数的时空变化特征[J].气候变化研究进展，2008，4（6）：347-351.
[13]姚叶青，郝莹，张义军，等.安徽龙卷发生的环境条件和临近预警[J].高原气象，2012，31（6）：1721-1730.
[14]刘炳锋，李泳泽，欧阳帆.2005-2017年汕尾市大风特征分析及预报服务对策[J].农业灾害研究，2019，9（02）：71-72.
（责编：张宏民）