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气候变暖背景下中国地面风速变化研究进展

丁一汇 李霄 李巧萍

丁一汇, 李霄, 李巧萍. 气候变暖背景下中国地面风速变化研究进展. 应用气象学报, 2020, 31(1): 1-12. DOI: 10.11898/1001-7313.20200101..
引用本文: 丁一汇, 李霄, 李巧萍. 气候变暖背景下中国地面风速变化研究进展. 应用气象学报, 2020, 31(1): 1-12. DOI: 10.11898/1001-7313.20200101.
Ding Yihui, Li Xiao, Li Qiaoping. Advances of surface wind speed changes over China under global warming. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(1): 1-12. DOI:  10.11898/1001-7313.20200101.
Citation: Ding Yihui, Li Xiao, Li Qiaoping. Advances of surface wind speed changes over China under global warming. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(1): 1-12. DOI:  10.11898/1001-7313.20200101.

气候变暖背景下中国地面风速变化研究进展

DOI: 10.11898/1001-7313.20200101
资助项目: 

国家自然科学基金重大项目 41790471

国家重点研究发展计划重点专项 2018YFC1505806

详细信息
    通信作者:

    丁一汇, dingyh@cma.gov.cn

Advances of Surface Wind Speed Changes over China Under Global Warming

  • 摘要: 气候变暖背景下,中国地面风速在过去几十年整体呈减弱趋势,对风能资源开发产生了显著影响。近50年来,中国地面风速平均减小速率为0.10~0.22 m·s-1/(10 a),但存在明显的季节、区域和风速段差异。作为地面风的主要驱动力,对流层低层气压梯度力整体呈减弱趋势,这主要是全球变暖背景下欧亚大陆与西太平洋之间以及欧亚大陆高/低纬度地区之间的热力差异减弱所致。东亚季风的年代际变化特征和地面风速变化密切相关,其变率受到不同时间和空间尺度气候因子的影响,其中西伯利亚高压减弱是东亚冬季风减弱的主要因素,而东亚夏季风的年代际减弱主要是由于太平洋年代际振荡与北大西洋多年代尺度振荡分别向暖/冷相位的转换。研究表明:未来随着温室气体排放量增加,中国地面风速减弱趋势将更显著,这将促进低风速风电技术的发展和中低纬度地区风能开发。
  • 图  1  1961—2016年中国地面气象站10 m高度年平均风速距平[22]

    Fig. 1  Annual mean surface wind speed anomalies over China from 1961 to 2016 (from Reference [22])

    图  2  1969—2005年中国季节平均地面风速时间演变(1990年为变化趋势分界点, 数据源自文献[20])

    Fig. 2  Temporal variations of seasonal mean wind speed averaged in China from 1969 to 2005 (1990 is the turning point, data from Reference [20])

    图  3  1951年以来东亚冬季风指数与冬季北太平洋年代际振荡指数的时间序列[39]

    Fig. 3  Time series of the East Asian winter monsoon index and winter PDO index (from Reference [39])

    图  4  1979—2015年中国风能开发潜力变化趋势[38]

    Fig. 4  Total electricity generation potential in China from 1979 to 2015 (from Reference [38])

    表  1  近几十年中国年平均地面风速变化研究结果统计

    Table  1  Surface wind speed variability over China during the past decades in recent researches

    文献 气象站分布 时段 风速变化/(m·s-1/(10 a))
    文献[2] 全国区域(729站) 1954—2000年 -0.11
    文献[4] 全国区域(323站) 1951—2002年 -0.10
    文献[5] 东北地区(87站) 1961—2010年 -0.25
    文献[6] 长江流域(128站) 1960—2015年 -0.065
    文献[7] 北方风蚀区(155站) 1971—2015年 -0.17
    文献[8] 新疆地区(10站) 1984—2013年 -0.29(最大)
    文献[13] 全国区域(604站) 1960—1999年 -0.12
    文献[17] 全国区域(305站) 1969—2000年 -0.22
    文献[20] 全国区域(726站) 1969—2005年 -0.18
    文献[21] 全国区域(472站) 1960—2009年 -0.1
    文献[22] 全国区域(大于700站) 1961—2014年 -0.13
    文献[23] 全国区域(535站) 1956—2004年 -0.12
    文献[24] 全国区域(540站) 1971—2007年 -0.17
    文献[25] 全国区域(524站) 1958—2015年 -0.109
    文献[26] 京津冀地区(154站) 1978—2014年 -0.1(冬季)
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    表  2  多模式集合预估2006—2100年中国季节平均和年平均风速的变化趋势(单位:m·s-1/(100 a))[70]

    Table  2  Annual and seasonal mean wind speed change trends projected by global climate model ensemble from 2006 to 2100 (unit:m·s-1/(100 a))(from Reference [70])

    时段 集合成员 RCP 2.5 RCP 4.5 RCP 8.5
    春季 23个模式集合
    优选6个模式集合
    0.04
    0.01
    0.01
    0.04
    -0.04
    -0.02
    夏季 23个模式集合
    优选6个模式集合
    0.01
    0.01
    0.06
    0.11
    0.01
    0.07
    秋季 23个模式集合
    优选6个模式集合
    0.02
    -0.04
    -0.02
    -0.02
    -0.17
    -0.16
    冬季 23个模式集合
    优选6个模式集合
    0.02
    -0.01
    -0.06
    -0.01
    -0.11
    -0.03
    全年 23个模式集合
    优选6个模式集合
    0.01
    0.00
    -0.02
    0.00
    -0.06
    -0.05
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    表  3  1979—2015年中国风电装机量较大地区风能潜力变化幅度[38]

    Table  3  Decadal trends of wind potential in China with abundant wind farms during 1979-2015 (from Reference [38])

    区域 变化幅度/(%/(10 a))
    内蒙古西部 -15.3±3.4
    甘肃 -16.8±4.4
    内蒙古东部 -2.7±2.7
    新疆 -11.4±2.9
    黑龙江 -4.3±3.2
    河北 -8.0±2.8
    吉林 -9.0±3.4
    山东 -12.2±3.3
    江苏 -2.4±3.3
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  • [1] 中国电力企业联合会.2018年全国电力工业统计快报数据一览表.[2019-01-22]. http://www.cec.org.cn/guihuayutongji/tongjxinxi/niandushuju/2019-01-22/188396.html.
    [2] 王遵娅, 丁一汇, 何金海, 等.近50年来中国气候变化特征的再分析.气象学报, 2004, 62(2):229-236. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb200402009
    [3] 江滢, 罗勇, 赵宗慈, 等.中国及世界风资源变化研究进展.科技导报, 2009, 27(13):96-104. doi:  10.3321/j.issn:1000-7857.2009.13.019
    [4] 任国玉, 郭军, 徐铭志, 等.近50年中国地面气候变化基本特征.气象学报, 2005, 63(6):942-956. doi:  10.3321/j.issn:0577-6619.2005.06.011
    [5] 金巍, 任国玉, 曲岩, 等.1971—2010年东北三省平均地面风速变化.干旱区研究, 2012, 29(4):648-653. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GHQJ201204016.htm
    [6] 李悦佳, 贺新光, 卢希安, 等.1960—2015年长江流域风速的时空变化特征.热带地理, 2018, 38(5):660-667. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-RDDD201805008.htm
    [7] 韩柳, 王静璞, 王光镇, 等.中国北方风蚀区风速变化时空特征分析.干旱区地理, 2018, 41(5):65-73. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqdl201805008
    [8] 刘慧芝, 徐长春, 李佳秀, 等.新疆地区最大风速变化及其环流指数验证分析.人民黄河, 2017, 39(8):19-25. doi:  10.3969/j.issn.1000-1379.2017.08.005
    [9] 张莉, 丁一汇, 任国玉.我国北方沙尘天气演变趋势及其气候成因分析.应用气象学报, 2005, 16(5):583-592. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2005.05.004
    [10] 刘学锋, 任国玉, 梁秀慧.河北地区边界层内不同高度风速变化特征.气象, 2009, 35(7):46-53. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qx200907007
    [11] 陈城, 任国玉.全球及中国风速变化及对风能影响的新认知.气候变化研究快报, 2016, 5(1):41-47. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=HANS201703022984
    [12] 赵宗慈, 罗勇, 江滢, 等.近50年中国风速减小的可能原因.气象科技进展, 2016, 6(3):106-109. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxkjjz201603019
    [13] 李艳, 王元, 储惠芸, 等.中国陆域近地层风能资源的气候变异和下垫面人为改变的影响.科学通报, 2008, 53(21):2646-2653. doi:  10.3321/j.issn:0023-074X.2008.21.017
    [14] 查进林.中国地区土地利用/覆盖变化影响近地面风速的分析.昆明:云南大学, 2015. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10673-1015613048.htm
    [15] 刘学锋, 江滢, 任国玉, 等.河北城市化和观测环境改变对地面风速观测资料序列的影响.高原气象, 2009, 28(2):433-439. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gyqx200902022
    [16] 王绍武, 姚檀栋.近百年中国年气温序列的建立.应用气象学报, 1998, 9(4):392-401. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/19980459
    [17] Xu M, Chang C P, Fu C, et al.Steady decline of East Asian monsoon winds, 1969-2000: Evidence from direct ground measurements of wind speed.J Geophys Res, 2006, 111(D24), DOI: 10.1029/2006JD007337.
    [18] 梁苏洁.近50年中国冬季气温和冬季风以及区域环流的年代际变化研究.北京:中国气象科学研究院, 2014.
    [19] 陈少勇, 郭忠祥, 高蓉, 等.我国东部季风区冬季气温的气候变暖特征.应用气象学报, 2009, 20(4):478-485. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2009.04.013
    [20] Guo H, Xu M, Hu Q.Changes in near-surface wind speed in China:1969-2005.Inter J Climatol, 2011, 31(3):349-358. doi:  10.1002/joc.2091
    [21] Lin C, Yang K, Qin J, et al.Observed coherent trends of surface and upper-air wind speed over China since 1960.J Climate, 2013, 26(9):2891-2903. doi:  10.1175/JCLI-D-12-00093.1
    [22] 中国气象局气候变化中心.中国气候变化监测公报(2016年).北京:科学出版社, 2017.
    [23] 江滢, 罗勇, 赵宗慈.全球气候模式对未来中国风速变化预估.大气科学, 2010, 34(2):323-336. doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.2010.02.07
    [24] 陈练.气候变暖背景下中国风速(能)变化及其影响因子研究.南京:南京信息工程大学, 2013.
    [25] Zhang R H, Zhang S Y, Luo J L, et al.Analysis of near-surface wind speed change in China during 1958-2015.Theor Appl Climatol, 2019, 137(3/4):2785-2801. doi:  10.1007/s00704-019-02769-0
    [26] Zhou B Y, Zheng F, Zhu J.Analysis of the inter-annual variations and influencing factors of wind speed anomalies over the Beijing-Tianjin-Hebei region.Atmospheric and Oceanic Science Letters, 2017, 10(4):312-318. doi:  10.1080/16742834.2017.1327301
    [27] Jiang Y, Luo Y, Zhao Z C.Maximum wind speed changes over China.Acta Meteor Sinica, 2013, 27(1):63-74. doi:  10.1007/s13351-013-0107-x
    [28] Wu J, Zha J, Zhao D.et al.Changes in terrestrial near-surface wind speed and their possible causes:an overview.Climate Dyn, 2018, 51:2039-2078. doi:  10.1007/s00382-017-3997-y
    [29] 郑祚芳, 高华, 刘伟东.北京地区近地层风能资源的气候变异及下垫面改变的影响.太阳能学报, 2014, 35(5):883-888. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tynxb201405024
    [30] Myneni R B, Keeling C D, Tucker C J, et al.Increased plant growth in the northern high latitudes from 1981 to 1991.Nature(London), 1997, 386(6626):698-702. doi:  10.1038/386698a0
    [31] 张学霞, 葛全胜, 郑景云.1982-1999年中国植被生长季节变动分析//第九次中国青年地理工作者学术研讨会论文摘要集, 2003: 591-594.
    [32] 张爱英, 任国玉, 郭军, 等.近30年我国高空风速变化趋势分析.高原气象, 2009, 28(3):680-687. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gyqx200903026
    [33] 赵佳莹, 徐海明.中国区域探空资料与再分析资料风速场的对比分析.气候与环境研究, 2014, 19(5):587-600. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qhyhjyj201405006
    [34] 贺圣平.20世纪80年代中期以来东亚冬季风年际变率的减弱及可能成因.科学通报, 2013, 58(8):609-616. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=kxtb201308001
    [35] 杨明, 徐海明, 李维亮, 等.近40年东亚季风变化特征及其与海陆温差关系.应用气象学报, 2008, 19(5):522-530. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.05.002
    [36] 李霞, 梁建茵, 郑彬.南海夏季风强度年代际变化基本特征.应用气象学报, 2007, 18(3):330-339. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2007.03.009
    [37] Xiong Y, Xin X, Kou X.Simulation and projection of near-surface wind speeds in China by BCC-CSM models.J Meteor Res, 2019, 33(1):152-161. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb-e201901012
    [38] Sherman P, Chen X, Mcelroy M B.Wind-generated electricity in China:Decreasing potential, inter-annual variability and association with changing climate.Scientific Reports, 2017, 7(1):16294. doi:  10.1038/s41598-017-16073-2
    [39] 丁一汇, 柳艳菊, 梁苏洁, 等.东亚冬季风的年代际变化及其与全球气候变化的可能联系.气象学报, 2014, 72(5):835-852. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb201405003
    [40] 郭其蕴.东亚冬季风的变化与中国气温异常的关系.应用气象学报, 1994, 5(2):218-225. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/19940238
    [41] 邵鹏程, 李栋梁.东亚冬季风指数的分类和比较.气象科学, 2012, 32(2):226-235. doi:  10.3969/2012jms.0018
    [42] 施晓晖, 徐祥德.东亚冬季风年代际变化可能成因的模拟研究.应用气象学报, 2007, 18(6):776-782. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2007.06.006
    [43] 丁一汇, 司东, 柳艳菊, 等.论东亚夏季风的特征、驱动力与年代际变化.大气科学, 2018, 42(3):533-558. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/daqikx201803007
    [44] Wang H J.The weakening of the Asian monsoon circulation after the end of 1970's.Adv Atmos Sci, 2001, 18(3):376-386. doi:  10.1007/BF02919316
    [45] 姜大膀, 王会军.20世纪后期东亚夏季风年代际减弱的自然属性.科学通报, 2005, 50(20):2256-2262. doi:  10.3321/j.issn:0023-074X.2005.20.013
    [46] 姜大膀, 田芝平.21世纪东亚季风变化:CMIP3和CMIP5模式预估结果.科学通报, 2013, 58(8):707-716.
    [47] 孙颖, 丁一汇.全球变暖情景下南亚和东亚夏季风变化对海陆增温的不同响应.科学通报, 2011, 56(增刊Ⅱ):2424-2433. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=kxtb201128010
    [48] Chen W, Wang L, Feng J, et al.Recent progress in studies of the variabilities and mechanisms of the East Asian monsoon in a changing climate.Adv Atmos Sci, 2019, 36(9):887-901. doi:  10.1007/s00376-019-8230-y
    [49] 吴国雄, 李占清, 符淙斌, 等.气溶胶与东亚季风相互影响的研究进展.中国科学(地球科学), 2015, 45(11):1609-1627. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zgkx-cd201511001
    [50] 马肖琳, 高西宁, 刘煜, 等.气溶胶对东亚冬季风影响的数值模拟.应用气象学报, 2018, 29(3):333-343. doi:  10.11898/1001-7313.20180307
    [51] Liu Y, Cai W J, Sun C F, et al.Anthropogenic aerosols cause recent pronounced weakening of Asian Summer Monsoon relative to last four centuries.Geophys Res Lett, 2019, DOI: 10.1029/2019GL082497.
    [52] Wu B Y, Wang J.Winter Arctic Oscillation, Siberian High and East Asian Winter Monsoon.Geophys Res Lett, 2002, 29(19):1897. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkxjz-e200202009
    [53] D'Arrigo R, Jacoby G, Wilson R, et al.A reconstructed Siberian High index since A.D.1599 from Eurasian and North American tree rings.Geophys Res Lett, 2005, 32(5):L05705.
    [54] 蓝柳茹, 李栋梁.西伯利亚高压的年际和年代际异常特征及其对中国冬季气温的影响.高原气象, 2016, 35(3):662-674. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y3169893
    [55] 琚建华, 吕俊梅, 任菊章.北极涛动年代际变化对华北地区干旱化的影响.高原气象, 2006, 25(1):74-81. doi:  10.3321/j.issn:1000-0534.2006.01.010
    [56] 梁苏洁, 赵南, 丁一汇.北极涛动主模态下北极冷空气的优势路径和影响地区的研究.地球物理学报, 2019, 62(1):19-31. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqwlxb201901003
    [57] 杨修群, 朱益民, 谢倩, 等.太平洋年代际振荡的研究进展.大气科学, 2004, 28(6):979-992. doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.2004.06.15
    [58] 卢楚翰, 管兆勇, 李永华, 等.太平洋年代际振荡与南北半球际大气质量振荡及东亚季风的联系.地球物理学报, 2013, 56(4):117-128. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqwlxb201304004
    [59] Dong X, Xue F.Phase transition of the Pacific decadal oscillation and decadal variation of the East Asian summer monsoon in the 20th century.Adv Atmos Sci, 2016, 33(3):330-338, DOI: 10.1007/s00376-015-5130-7.
    [60] 丁一汇, 李怡.亚非夏季风系统的气候特征及其长期变率研究综述.热带气象学报, 2016, 32(6):786-796. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rdqxxb201606002
    [61] Tollefson J.Climate change:The case of the missing heat.Nature, 2014, 505(7483):276-278. doi:  10.1038/505276a
    [62] Zhang R H, Sumi A, Kimoto M.Impact of El Niño on the East Asian monsoon:A diagnostic study of the '86/87 and '91/92 events.J Meteor Soc Japan, 1996, 74:49-62. doi:  10.2151/jmsj1965.74.1_49
    [63] 穆明权, 李崇银.东亚冬季风年际变化的ENSO信息I.观测资料分析.大气科学, 1999, 23(3):276-285. doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.1999.03.03
    [64] 陈文.El Niño和La Ni a事件对东亚冬、夏季风循环的影响.大气科学, 2002, 26(5):595-610. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/daqikx200205002
    [65] Wang B, Wu R, Fu X.Pacific-East Asian teleconnection:How does ENSO affect East Asian climate?J Climate, 2000, 13(9):1517-1536. doi:  10.1175/1520-0442(2000)013<1517:PEATHD>2.0.CO;2
    [66] Zhang R, Li T, Wen M, et al.Role of intraseasonal oscillation in asymmetric impacts of El Niño and La Ni a on the rainfall over southern China in boreal winter.Climate Dyn, 2015, 45(3/4):559-567. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/8869007
    [67] 吴萍.水汽输送对我国降水变异及大气污染条件的影响.北京:中国气象科学研究院, 2017.
    [68] 朱益民, 杨修群.太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系.气象学报, 2003, 61(6):641-654. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb200306001
    [69] Wang H J, He S P.Weakening relationship between East Asian winter monsoon and ENSO after mid-1970s.Chin Sci Bull, 2012, 57(27):3535-3540. doi:  10.1007/s11434-012-5285-x
    [70] 江滢, 徐希燕, 刘汉武, 等.CMIP5和CMIP3对未来中国近地层风速变化的预估.气象与环境学报, 2018, 34(6):58-65. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lnqx201806006
    [71] Akio Kitoh.The Asian Monsoon and its future change in climate models:A review.J Meteor Soc Japan, 2017, 95(1):7-33. doi:  10.2151/jmsj.2017-002
    [72] 王政琪.CMIP5全球求模式对东亚冬季气候特征模拟能力评估与未来变化预估.北京: 中国气象科学研究院, 2017.
    [73] 李巧萍, 丁一汇, 董文杰.SRES A2情景下未来30年我国东部夏季降水变化趋势.应用气象学报, 2008, 19(6):770-780. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.06.017
    [74] Liu J, Xu H, Deng J.Projections of East Asian summer monsoon change at global warming of 1.5℃ and 2℃.Earth System Dynamics Discussions, 2018(9):427-439.
    [75] Cai W, Borlace S, Lengaigne M, et al.Increasing frequency of extreme El Niño events due to greenhouse warming. Nat Clim Change, 2014, 4(2):111-116. doi:  10.1038/nclimate2100
    [76] Turner A G, Annamalai H.Climate change and the South Asian summer monsoon.Nat Clim Change, 2012, 2(8):587-595. doi:  10.1038/nclimate1495
    [77] Karnauskas K B, Lundquist J K, Zhang L.Southward shift of the global wind energy resource under high carbon dioxide emissions.Nature Geoscience, 2017, 11:38-43. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=91b305903cd8027c1959e875c3f0bfce
    [78] 李伟, 姚晖, 王焕奇, 等.发电量估算不确定性对风电项目投资决策的影响.风能, 2014(9):78-81. doi:  10.3969/j.issn.1674-9219.2014.09.021
    [79] 董莎.基于变动风速的风电项目全寿命周期综合效益研究.北京:华北电力大学, 2015.
    [80] Chen L, Li D, Pryor S C.Wind speed trends over China:quantifying the magnitude and assessing causality.Inter J Climatol, 2013, 33:2579-2590. doi:  10.1002/joc.3613
    [81] Harper B.Statistical Methods for Quantifying Uncertainty in ENSO on Wind Power in the Northern Great Plains//AGU Fall Meeting Abstracts, 2006.
    [82] Yao Y, Luo D H, Dai A G, et al.Increased quasi stationarity and persistence of winter Ural Blocking and Eurasian extreme cold events in response to Arctic warming.Part Ⅰ:Insights from observational analyses.J Climate, 2017, 30(10):3549-3568. doi:  10.1175/JCLI-D-16-0261.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-27
  • 修回日期:  2019-11-28
  • 刊出日期:  2020-01-31

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