云南不同类型大风时空特征分析

马文倩, 李华宏, 陈小华, 闵颖, 李耀孙, 何钰

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高原气象
高原气象 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (3) : 780-794. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2024.00091 CSTR: 32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2024.00091

云南不同类型大风时空特征分析

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Analysis on the Spatio-temporal Characteristics for Different Types of Strong Winds over Yunnan

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摘要

基于多种观测资料， 将2013 -2021年云南125个国家站17 m·s-1及以上16778个大风划分为热低压大风、 雷暴大风、 局地大风、 冷空气大风、 南支槽前大风、 500 hPa偏西急流背景下偏西大风、 台风大风和高原槽后大风8种类型， 对除局地大风外的7种类型大风时空分布及风向风速特征进行了分析。云南大风主要为热低压大风， 其次为雷暴大风， 大风主要发生在云南西北部、 中部和东部； 除雷暴大风外， 其余类型大风风向可大致根据大风成因判定， 大风风速多为7~9级， 10级及以上风速分布不连续性强， 雷暴大风和南支槽前大风发生站次相对热低压大风少， 但其造成极端大风的可能性更高； 发生站次年变化方面， 大风主要发生在冬春季节， 3月最多， 雷暴大风年变化呈现出双峰结构， 除4月主高峰外， 8月还有一个次高峰， 同时雷暴大风发生日数年变化也呈现双峰结构， 8月次高峰大风日数与最高峰4月相当， 即春季雷暴大风组织性较强， 夏季雷暴大风则呈现出零散的特征； 发生站次日变化方面， 热低压大风主要发生在白天， 15:00 -15:59（北京时， 下同）最多， 雷暴大风和南支槽前大风主要发生在午后， 16:00 -17:59最多， 冷空气大风主要发生在午后至凌晨， 18:00 -19:59最多， 500 hPa偏西急流背景下偏西大风有两个主要发生时间段， 午后和凌晨， 午后发生站次相对较多， 台风大风主要发生在白天， 16:00 -17:59较多， 高原槽后大风主要发生在白天和刚入夜时， 15:00 -16:59相对较多。

Abstract

Based on multiple observations， 16778 strong winds with speed equal to or greater than 17 m·s-1 from 125 national meteorological stations over Yunnan from 2013 to 2021 are divided into 8 types： thermal low winds， thunderstorm winds， local winds， cold-air winds， winds before southern trough， winds under 500 hPa westerly jet， typhoon winds and winds after plateau trough.The characteristics of spatio-temporal distribution and wind direction/speed of all types of winds except for the local winds are explored.The most frequent strong winds over Yunnan are thermal low winds， followed by thunderstorm winds.The strong winds are mainly observed over the northwest， central， and eastern parts of Yunnan.Except for thunderstorm winds， the wind directions of strong winds could be determined by the causes of their occurrence.The wind speeds mainly range from level 7 to level 9， and the distribution of wind speeds which are equal to or greater than level 10 shows strong discontinuity.Even though the frequencies of thunderstorm winds and winds before southern trough are less than that of thermal low winds， the two types of winds have a higher ability to cause extremely strong winds.The annual variation of occurring times shows that the winds mainly occur in winter and spring， with the most frequency in March.The annual variation of occurring times of thunderstorm winds shows a bimodal structure with a main peak in April and a sub peak in August.Meanwhile， the annual variation of occurring days of thunderstorm winds also shows a bimodal structure， the occurring days of the sub peak in August are comparable to that of the main peak in April， indicating that thunderstorm winds occurring in spring are relatively organized， while thunderstorm winds occurring in summer are relatively scattered.For the diurnal variation of occurring times， the thermal low winds mainly occur in daytime， with the highest occurring frequency at 15:00 to 15:59 （Beijing time， the same below）.The thunderstorm winds and winds before southern trough mainly occur in afternoon， with the highest occurring frequency at 16:00 to 17:59.The cold-air winds mainly occur from the afternoon to the early morning， with the highest occurring frequency at 18:00 to 19:59.The winds under 500 hPa westerly jet have two periods with high frequencies， afternoon and early morning， and more winds occur in the afternoon.The typhoon winds mainly occur in daytime， with the highest frequency occurring at 16:00 to 17:59.The winds after plateau trough mainly occur in daytime and the beginning of the night， and more winds occur at 15:00 to 16:59.

关键词

大风 / 云南 / 分型 / 时空特征

Key words

strong winds / Yunnan / classification / spatio-temporal characteristics

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马文倩 , 李华宏 , 陈小华 , 闵颖 , 李耀孙 , 何钰. 云南不同类型大风时空特征分析. 高原气象. 2025, 44(3): 780-794 https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2024.00091
Wenqian MA , Huahong LI , Xiaohua CHEN , Ying MIN , Yaosun LI , Yu HE. Analysis on the Spatio-temporal Characteristics for Different Types of Strong Winds over Yunnan. Plateau Meteorology. 2025, 44(3): 780-794 https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2024.00091

1 引言

风作为一种天气现象， 尤其风速达到一定等级的大风， 对农业生产、 交通运输、 电力、 人民生活等可能产生负面影响（付桂琴和曹欣， 2012； 张俊兰等， 2020； 白爱娟等， 2021； 张太西等， 2021； 鲍艳松等， 2024）， 但同时风能也是一种清洁的可再生能源， 风能开发对经济社会能产生正面影响（薛桁等， 2001； 朱蓉等， 2021； 王捷儒等， 2022； 李晨轩和韦志刚， 2024）， 此外， 近地表的风影响地气之间水汽、 能量、 动量的传输， 风也是表征气候变化和气候形成的重要气象要素之一， 在全球气候变暖背景下， 大风事件可能在一定程度上发生着变化， 风的研究也逐渐得到重视（Pryor et al， 2006； 张晓龙等， 2020）。
中国常见的大风有冷锋后偏北大风、 高压后部偏南大风、 低压大风、 台风大风以及雷暴大风（朱乾根等， 2007）， 不同类型的大风其主导成因不同， 也导致了我国不同区域大风时空分布特征不同。邱博等（2013）指出， 我国大风日数呈现出西多东少特征， 西北、 东北、 西南和华南地区大风天气在年内出现较为集中， 而内蒙古和长江中下游地区的大风天气在年内出现较为分散。李耀辉等（2004）对西北地区大风日数时空分布特征的研究表明， 西北地区大部分区域为大风较多区， 大风日数空间分布与地形密切相关， 两山之间的峡谷地带、 高山和青藏高原极易出现大风天气， 如杨显玉等（2023）指出， 南疆地区受到周围高大地形（昆仑山、 帕米尔高原、 天山）影响， 该地区月内大风次数均在20次以上。此外， 李耀辉等（2004）的研究表明， 西北地区大风天气最多的季节是春季， 邢丽珠等（2021）和张占峰等（2014）的研究也表明， 内蒙古和柴达木盆地大风日数春季最多。时间演变方面， 研究表明近50年我国整体大风和灾害性大风有减少趋势（Zhang et al， 2017； 孔锋等， 2017； Zhang et al， 2019）， 同时全国大范围地区风速明显下降， 但西南地区部分站点风速增加（史培军等， 2015）。
云南地处青藏高原东南麓， 也是南压夏季风和东亚夏季风的过渡地区， 易同时受高、 低纬度系统影响， 导致云南冬春季节多热低压大风和冷空气大风、 春夏季节多雷暴大风， 不同季节、 不同地区可能受不同性质大风的影响。云南大风多发， 大风常在云南造成倒树、 庄稼倒伏、 电力和交通事故等灾害， 风灾在每年气象灾害中占较大的比重（胡娟等， 2015）， 与此同时， 云南省内地理环境复杂， 大风局地性强， 造成的灾害突出， 以2016年4月19日出现在云南中部及以南的飑线雷暴大风过程为例， 该过程造成1人死亡， 多人受伤， 并造成昆明、 玉溪、 曲靖等多处房屋倒塌、 农作物受损， 经济损失高达1110万元（杨芳园等， 2018）。在各类型大风中， 雷暴大风突发性强， 天气现象剧烈且致灾性强， 较全国而言， 西南地区的雷暴大风开始时间早， 3 -5月（春季）雷暴大风多发区之一即为云贵高原（孙继松等， 2014）， 且研究表明， 尽管西南地区每万平方千米发生的强雷暴大风（瞬时风速或阵风≥25 m·s-1）次数少， 但云贵高原西部地区即云南却是强雷暴大风高发地， 与西南其他地区形成鲜明对比（费海燕等， 2016）。
风的研究尤其是大风事件气候特征和变化规律是目前气候研究中的一项复杂且重要的内容（李耀辉等， 2004； 白虎志等， 2005； 孔锋等， 2017）， 从已有研究也可以看出， 大风由于类型多， 观测时不能直接观测出其类型， 且大风记录多， 已有研究多针对某一类大风或者针对所有大风天数、 风速进行研究， 在众多大风记录中获取某一类型大风， 能更好地研究该类型大风发生的天气气候背景及发生机理。云南多热低压大风， 冬春季节常发布省级大风预警， 例如热低压大风较多的2018年冬季至2019年春季， 云南共发布33期省级大风预警； 冬季冷空气造成的雨雪冰冻和夏季的强降雨是预报员关注的重点， 导致除热低压大风以外的其他大风在预报过程中容易被忽略。基于分类， 了解不同类型大风的天气气候背景， 有利于预报员在不同时期对大风均能进行关注， 进而有利于云南大风的预报和预警。本研究以17 m·s-1为阈值， 该值也是雷暴大风风速阈值， 对2013 -2021年云南省125个国家站17 m·s-1及以上大风基于大风成因进行类型判定， 研究不同类型大风时空分布等特征。

2 数据来源

本文所用数据有2013 -2021年云南省125个国家站逐小时17 m·s-1及以上大风记录、 全球高空和地面观测资料、 云南闪电定位网监测的逐小时地闪资料、 云南11部多普勒天气雷达逐6 min基数据、 2013 -2019年7月云南省125个国家站逐小时雷暴观测记录、 FY-2E/G卫星云图及国家卫星气象中心提供的FY-2H、 FY-2F卫星相当黑体亮度温度（TBB）逐小时数据（水平分辨率0.1°×0.1°）， 此外， 本文还用了云南省区域站逐小时13.9 m·s-1或17 m·s-1及以上大风记录。再分析资料来自The fifth generation ECMWF（European Center for Medium-Range Weather Forecasts）atmospheric reanalysis（ERA5）（Hersbach et al， 2020）， 时间分辨率为1 h， 水平分辨率为0.25°×0.25°； 地形高度数据为U.S.Geological Survey提供的全球高程数据（GTOPO30）， 水平分辨率约为0.05°×0.05°； 台风中心位置数据来源于中央气象台台风网。文中地图为国家气象信息中心提供的中国地图绘制， 审图号为GS（2017）3320号， 底图无修改。

3 大风类型及判定标准

2013 -2021年云南省125个国家站17 m·s-1及以上大风（以下简称“大风”）记录共有17498站次， 综合利用高空和地面观测资料、 雷暴观测记录、 闪电、 卫星云图及雷达回波， 基于大风成因， 对大风性质进行判定， 其中223个大风记录对应时间段上述数据不全， 无法对其性质进行判定， 另有497个大风记录疑似有误， 其余16778个大风记录经判定划分为8种类型， 各种类型及对应判定标准为：
（1） 热低压大风： 云南或周边地区地面图上有热低压中心， 共13901站次；
（2） 雷暴大风： 大风发生时站点上空有强雷达回波， 共1761站次；
（3） 局地大风： 无法判定大风发生原因对应的大风记录， 共362站次；
（4） 冷空气大风： 冷锋造成的大风， 共345站次；
（5） 南支槽前大风： 云南上游有南支槽， 南支槽前线状或者片状云系附近大风， 但雷达回波不强， 共288站次；
（6） 500 hPa偏西急流背景下偏西大风： 500 hPa上出现急流（风速≥20 m·s-1）， 大风为偏西大风， 地面没有热低压中心对应， 共79站次；
（7） 台风大风： 西移台风在云南造成的大风， 共25站次；
（8） 高原槽后大风： 东北-西南向高原槽向东移动， 其后发生在云南的偏北大风， 共17站次。
其中， 当大风形成原因有多种时， 只要有强雷达回波对应的大风均归为雷暴大风。不同类型大风发生站次占所有大风记录（指16778个大风记录）比例如图1所示。图1显示， 云南大风主要为热低压大风， 达83%左右， 其次为雷暴大风， 达11%左右。同时， 受复杂地形等因素影响， 研究时间段内有362站次局地大风无法确定其发生原因， 这些大风记录在全省均有分布， 其中大理站最多， 达218次， 由于该类大风发生原因无法确定， 在后文中对此362站次局地大风不做分析。
图1 不同类型大风发生站次占比（单位： %）

Fig.1 The proportions of different types of strong winds.Unit： %

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4 大风空间分布特征

图2（a）显示， 云南几乎所有地区都会发生17 m·s-1及以上大风， 大风主要发生在云南西北部、 中部和东部， 其中曲靖市富源县、 大理州大理市、 昆明市太华山、 丽江市宁蒗县和曲靖市会泽县为5个大风发生高频点， 平均每年发生154.7次、 132.1次、 111.6次、 111.3次和105.3次， 其他站点年平均发生次数小于62次。
图2 云南125个国家站2013 -2021年发生大风次数（彩色圆点， 单位： 次数）叠加地形（填色， 单位： m）（a）、 发生热低压大风次数（b， 单位： 次数）、 2013 -2021年2 -4月15:00海平面气压平均值（等值线和彩色区， c， 单位： hPa）和相对整个研究时段15:00海平面气压异常值（等值线和彩色区， d， 单位： hPa）

Fig.2 The occurring times of all strong winds （colored dots， unit： times） and topography （shading， unit： m） （a）， the occurring times of thermal low winds （b， unit： times） at 125 national stations in Yunnan from 2013 to 2021， the composite mean （contour line and coloral area， c， unit： hPa） and anomaly （contour line and coloral area， d， unit： hPa） of sea level pressure at 15:00 during February to April from 2013 to 2021

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4.1　热低压大风

研究时间内， 热低压大风发生站次占大风总站次80%以上， 上述所有大风空间分布特征主要是由热低压大风造成［图2（b）］。
图3（a）为云南2021年3月31日热低压大风示例。冬春季节南北温差增大， Hadley环流增强， 北半球西风带增强且随着整个行星风系的南移而南移， 云南上空风速增强； 云南上游的西风带受青藏高原大地形影响， 多纬向度较小的南支槽［图3（b）］， 南支槽前正涡度平流有利于地面气压降低（朱乾根等， 2007）； 纬向度较小的南支槽难以为云南带来足够的水汽， 云南上空云不多［图3（c）］， 且云南海拔高度较高， 午后温度上升快， 地面气压降低， 以昆明站为例， 2021年3月31日17:00气压相较于11:00下降4.7 hPa［图3（e）］。午后在云南至四川一带有热低压发展， 地面形成闭合低压中心［图2（c）， （d）］， 考虑热低压沿着云南至四川河谷一带分布， 河谷海拔高度相对较低， 图2中用海平面气压表征热低压； 根据热低压大风日变化特征， 15:00 -15:59其发生站次最多［图12（b）］， 图2采用15:00表征热低压。大风沿着热低压中心分布（除云南西北部至中东部以外， 四川西南部攀西地区也有热低压大风分布）。高原南侧增强的西风带在云南上空的动量下传可能也是云南热低压大风形成的原因之一［图3（d）］， 高层急流随下沉气流下传至云南近地面， 导致云南近地面风速增大。值得注意的是， 有时没有南支槽， 云南受西北下沉气流影响， 也会发生大范围热低压大风。
图3 2021年3月31日08:00 -19:59云南国家站17 m·s-1及以上大风（a， 风羽， 单位： m·s-1）、 08:00 500 hPa风场（b， 风羽， 单位： m·s-1）、 15:00 FY-2H-TBB（c， 单位： ℃）、 15:00 500 hPa垂直速度（d， 单位： Pa·s-1）及2021年3月31日08:00至4月1日08:00逐3 h昆明站地面气压演变（e， 单位： hPa）

Fig.3 The winds with speed equal to or greater than 17 m·s-1 occurring from 08:00 to 19:59 on March 31， 2021 at national stations in Yunnan （a， wind barbs， unit： m·s-1）， the winds on 500 hPa at 08:00 （b， wind barbs， unit： m·s-1）， the FY-2H TBB at 15:00 （c， unit： °C）， the vertical velocity on 500 hPa at 15:00 （d， unit： Pa·s-1）， and the evolution of surface pressure at Kunming every 3 hours from 08:00 on March 31 to 08:00 on April 1， 2021 （e， unit： hPa）

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图4 云南125个国家站2013 -2021年发生雷暴大风次数（a， 单位： 次数）和冷空气大风次数（彩色圆点， 单位： 次数）叠加地形（填色， 单位： m）以及进入云南的冷空气常见路径（蓝线箭头）（b）

Fig.4 The occurring times of thunderstorm winds （a， unit： times） and cold-air winds （colored dots， unit： times） overlaying the topography （shading， unit： m） and the main pathways of cold air entering Yunnan （blue line arrows） （b） at 125 national stations in Yunnan from 2013 to 2021

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图5 云南125个国家站2013 -2021年发生南支槽前大风次数（a， 单位： 次数）、 2020年3月3日08:00 500 hPa风场（b， 风羽， 单位： m·s-1）、 2020年3月3日17:00 -17:59区域站17 m·s-1及以上大风（风羽， 单位： m·s-1）叠加17:00 FY-2H-TBB（填色， 单位： ℃）（c）和2020年3月3日17:03昆明雷达0.5°仰角反射率因子（d， 单位： dBZ）

Fig.5 The occurring times of winds before southern trough at 125 national stations in Yunnan from 2013 to 2021 （a， unit： times）， the winds on 500 hPa at 08:00 on March 3， 2020 （b， wind barbs， unit： m·s-1）， the winds with speed equal to or greater than 17 m·s-1 occurring from 17:00 to 17:59 on March 3， 2020 at regional stations （wind barbs， unit： m·s-1） and FY-2H TBB （shading， unit： °C） at 17:00 on March 3， 2020 （c）， the reflectivity factor of 0.5 elevation of Kunming radar at 17:03 on March 3， 2020 （d， unit： dBZ）

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图6 2013年4月6日08:00 500 hPa风场实况（a， 风羽， 单位： m·s-1）、 2013年4月6日14:00 -15:59国家站大风（风羽， 单位： m·s-1）叠加2013年4月6日14:30 FY-2F-TBB（填色， 单位： ℃）（b）、 2021年8月1日20:00 500 hPa风场实况（c， 风羽， 单位： m·s-1）、 2021年8月1日17:00 -18:59国家站大风（风羽， 单位： m·s-1）及所有台风大风发生时台风中心位置（黑色圆点， d）、 2018年11月27日08:00 （e）和20:00 （f） 500 hPa风场实况（风羽， 单位： m·s-1）， 20:00实况叠加13:00 -15:59国家站大风（f， 红色风羽， 单位： m·s-1）

Fig.6 The winds on 500 hPa at 08:00 on April 6， 2013 （a， wind barbs， unit： m·s-1）， the winds with speed equal to or greater than 17 m·s-1 occurring from 14:00 to 15:59 on April 6， 2013 at national stations （wind barbs， unit： m·s-1） and FY-2F TBB （shading， unit： °C） at 14:30 on April 6， 2013 （b）， the winds on 500 hPa at 20:00 on August 1， 2021 （c， wind barbs， unit： m·s-1）， the winds with speed equal to or greater than 17 m·s-1 occurring from 17:00 to 18:59 on August 1， 2021 at national stations （wind barbs， unit： m·s-1）and the centers of typhoons （black dots） when all typhoon winds occur （d）， the winds on 500 hPa at 08:00 （e， wind barbs， unit： m·s-1） and 20:00 （f， wind barbs， unit： m·s-1） overlaying the winds with speed equal to or greater than 17 m·s-1 occurring from 13:00 to 15:59 at national stations （f， red wind barbs， unit： m·s-1） on November 27， 2018

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图7 所有大风和不同类型大风风向玫瑰图

Fig.7 The rose charts of wind directions for all and different types of strong winds

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图8 所有大风和不同类型大风不同等级大风发生比例（单位： %）

7级风统计的风速区间为［171］ m·s-1， 8级为［17.2， 207］ m·s-1、 9级为［20.8， 244］ m·s-1、 10级为［24.5， 284］ m·s-1、 11级为［28.5， 32.6］ m·s-1、 12级为［32.7， 36.9］ m·s-1、 13级为［37.0， 414］ m·s-1

Fig.8 The proportions of winds with different levels for all and different types of strong winds.Unit： %.The wind speed range for level 7 is ［171］ m·s-1， level 8 is ［17.2， 207］ m·s-1， level 9 is ［20.8， 244］ m·s-1， level 10 is ［24.5， 284］ m·s-1， level 11 is ［28.5， 32.6］ m·s-1， level 12 is ［32.7， 36.9］ m·s-1， and level 13 is ［37.0， 414］ m·s-1

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图9 所有大风和不同类型大风发生站次年变化

Fig.9 The annual variations of occurring times for all and different types of strong winds

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图10 雷暴大风日数年变化

Fig.10 The annual variation of occurring days for thunderstorm winds

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图11 2015年4月23日08:00 500 hPa风场实况（蓝色风羽， 单位： m·s-1）叠加17:00 -17:59普洱区域站7级及以上大风（风速≥13.9 m·s-1， 红色风羽， 单位： m·s-1）（a）、 2015年8月11日08:00 500 hPa风场实况（蓝色风羽， 单位： m·s-1）叠加18:00 -18:59普洱区域站7级及以上大风（红色风羽， 单位： m·s-1）（b）、 2015年4月23日17:32普洱0.5°仰角反射率因子（c， 单位： dBZ）、 2015年8月11日18:52普洱0.5°仰角反射率因子（d， 单位： dBZ）、 2015年4月23日08:00普洱订正探空（e）及2015年8月11日08:00普洱订正探空（f）

Fig.11 The winds on 500 hPa at 08:00 on April 23， 2015 （blue wind barbs， unit： m·s-1） and the winds with speed equal to or greater than 13.9 m·s-1 occurring from 17:00 to 17:59 on April 23， 2015 at regional stations over Pu’er （red wind barbs， unit： m·s-1） （a）， the winds on 500 hPa at 08:00 on August 11， 2015 （blue wind barbs， unit： m·s-1） and the winds with speed equal to or greater than 13.9 m·s-1 occurring from 18:00 to 18:59 on August 11， 2015 at regional stations over Pu’er （red wind barbs， unit： m·s-1） （b）， the reflectivity factor of 0.5 elevation of Pu’er radar at 17:32 on April 23， 2015 （c， unit： dBZ）， the reflectivity factor of 0.5 elevation of Pu’er radar at 18:52 on August 11， 2015 （d， unit： dBZ）， the revised T-logP of Pu'er at 08:00 on April 23， 2015 （e） and the revised T-logP of Pu'er at 08:00 on August 11， 2015 （f）

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图12 所有大风和不同类型大风发生站次日变化

Fig.12 The diurnal variations of occurring times for all and different types of strong winds

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4.2　雷暴大风

雷暴大风是除热低压大风外发生频次最高的大风。其分布［图4（a）］显示， 雷暴大风主要发生在云南西南部至中部， 如西南部普洱市宁洱县和景谷县， 平均每年发生雷暴大风次数达6次， 上述地区春夏季节水汽和能量条件较好， 利于雷暴大风的发生。此外， 丽江市东部也是雷暴大风易发生点（华坪县和宁蒗县）， 该区域易受到青藏高原南下系统或对流云系影响形成雷暴大风。

4.3　冷空气大风

云南冷空气大风与地形密切相关， 不仅其分布受到地形影响， 地形的峡谷效应对大风的形成也产生影响。几个冷空气大风高频点分别为丽江市宁蒗县、 昆明市东川区、 玉溪市元江县以及红河州红河县， 平均每年发生冷空气大风的次数分别为3.1、 5.7、 8和4.8次［图4（b）］， 且4个高频点均为高山峡谷或河谷地形。进入云南的冷空气大致有四条路径： 东北路径、 偏东路径、 北方路径和西北路径（张云瑾等， 2007； 许美玲等， 2011）。对于北部的两个高频点（丽江市宁蒗县、 昆明市东川区）， 四条路径均可能造成大风的发生， 对于玉溪市元江县和红河州红河县两个高频点， 南下冷空气受到横断山脉的阻挡， 向南移动到云南东南部， 此地区海拔相对较低， 冷空气转为偏东气流向西移动， 也即按照偏东路径进入云南， 两个高频点位于哀牢山东侧的河谷地区， 冷空气加上地形的峡谷效应共同造成两个地区的高频冷空气大风。

4.4　南支槽前大风

在对大风进行性质判定时发现一类大风， 这类大风出现于南支槽前线状或片状云系附近， 且多数出现在云系边缘， 雷达图上可能有回波对应但回波强度不强。由于其对应雷达回波不强， 将其判定为雷暴大风不严谨， 且其出现在南支槽前线状云系或片状云系附近， 将其定义为南支槽前大风， 如2020年3月3日午后出现的大风［图5（b）~（d）］。2020年3月3日08:00 500 hPa风场显示， 云南位于南支槽前， 且该南支槽有一定纬向度［图5（b）］， 午后该南支槽前有线状云系生成， 云顶高度不高， TBB为-40 ℃左右， 该线状云系在云南境内向东移动， 在其边缘有大风呈线状排列， 大风也随着云系移动呈线状“移动”［图5（c）］； 其中为更好地说明南支槽前云系和大风特征， 图5（c）中大风为区域站大风， 对应雷达图上有回波， 但回波强度不强， 基本在35 dBZ以下［图5（d）］。图5（a）显示， 南支槽前大风主要发生在云南中部， 发生频次不高， 大部分站点平均一年不到1次， 几个高频点平均一年发生1~2次。

4.5　其他类型大风

除上述几种类型大风外， 其他类型大风在云南发生站次均较少（图略）。图6为500 hPa偏西急流背景下偏西大风、 台风大风和高原槽后大风三类大风的个例示意。500 hPa偏西急流背景下偏西大风主要发生在大理州大理市和迪庆州香格里拉市， 研究时段内分别发生34次和12次。2013年4月6日14:00 -15:59发生了这一类大风， 500 hPa上云南上空出现急流， 云南中部一带达30 m·s-1［图6（a）］， 发生这一类大风时云南地面没有热低压对应， 例如此个例中大风发生时云南中东部地面为冷锋， 锋面沿着图6（b）中云南东南部至中北部层云和无云区交界一线分布。台风大风主要发生在云南中南部， 发生次数最多的是昆明市呈贡区， 共5次。2021年8月1日17:00 -18:59云南东南部出现台风大风［图6（d）］， 对应台风中心位于中南半岛一带， 台风外围影响云南［图6（c）］。从所有台风大风发生时台风中心位置［图6（d）］可知， 造成云南大风的台风多为西移登陆的台风。高原槽后大风只发生在云南西北部， 迪庆州香格里拉市发生12次， 大理州鹤庆县、 云龙县、 弥渡县、 怒江州贡山县和丽江州宁蒗县分别发生过一次。2018年11月27日13:00 -15:59云南西北部发生高原槽后大风， 08:00 -20:00有高原槽向南向东移动［l图6（e）~（f）］， 压至云南东南部一带， 高原槽后有偏北大风在云南发生。

5 大风风向风速特征

5.1　风向特征

云南大风以西风和西南风为主［图7（a）］， 这主要是云南大风以热低压大风为主造成的［图7（b）］， 受风压关系限制， 热低压大风为偏西风； 对于雷暴大风， 各个风向均可能发生， 西北风、 西风和西南风发生频次相对较高［图7（c）］； 受冷空气进入云南路径及峡谷效应影响， 云南冷空气大风以北风、 东北风、 东风和东南风为主［图7（d）］； 南支槽前大风以西风和西北风为主［图7（e）］； 500 hPa偏西急流背景下偏西大风以西和西南风为主， 部分大风可能受地形影响偏转为偏南风［图7（f）］； 台风大风由西移台风在云南造成， 故其风向以偏东风为主［图7（g）］； 高原槽后大风为东北-西南向高原槽东移动过程中槽后发生在云南的大风， 故该大风以西北风和北风为主［图7（h）］。上述分析可知， 除雷暴大风外， 其余类型大风的风向和导致其发生的原因密切相关， 大风风向可大致根据大风成因判定。

5.2　风速特征

云南大风风速多为7~9级， 占比95%以上（图8）， 风速平均值为18.7 m·s-1， 但10级及以上风速分布不连续性强（表1）， 最大风速为39.4 m·s-1， 2016年4月19日19:58出现于红河州建水县的热低压大风。所有大风中， 13级大风出现3次， 1次为热低压大风， 2次为雷暴大风， 12级大风出现3次， 仅在雷暴大风中出现。热低压大风和雷暴大风不同等级大风占比的对比可以看出， 雷暴大风9级及以上大风占比更多， 雷暴大风平均风速为19.9 m·s-1， 较热低压大风平均风速高1.3 m·s-1， 是所有类型大风中平均风速最高的大风， 也即尽管雷暴大风发生的站次相较于热低压大风少很多， 但其造成极端大风的可能性更高。值得注意的是， 在其他类型大风中， 南支槽前大风中9级和10级大风占比也相对较高， 平均风速达19.5 m·s-1， 仅次于雷暴大风， 其出现时极端大风发生的可能性也相对较高。
表1 所有大风和不同类型大风风速平均值、 25%和75%分位值、 最大值

Table 1 The average， 25% and 75% percentile， maximum of wind speeds for all and different types of strong winds

所有

大风

热低压

大风

雷暴

大风

冷空气

大风

 南支槽前大风 500 hPa偏西急流背景下偏西大风

台风

大风

 高原槽后大风
平均值/（m·s-1） 18.7 18.6 19.9 18.4 19.5 18.8 18.1 18.5
25%值/（m·s-1） 17.4 17.4 17.8 17.3 17.9 17.3 17.4 17.4
75%值/（m·s-1） 19.4 19.2 21.1 18.8 20.7 19.2 18.6 18.9
最大值/（m·s-1） 39.4 39.4 38.1 26.3 26.6 31.1 20.9 20.7

6 大风时间演变特征

6.1　年变化特征

云南大风发生站次有明显的年变化特征， 大风主要发生在冬春季节（本文12月至次年2月为冬季， 3 -5月为春季， 6 -8月为夏季， 9 -11月为秋季， ）， 其中以3月为最多， 平均每年发生594.9站次［图9（a）］。热低压大风从12月开始增多， 3月份发生站次达到峰值， 主要发生的月份为2 -4月［图9（b）］。雷暴大风主要发生在春季， 即3 -5月， 4月发生站次最多， 平均达67.4站次， 值得注意的是， 雷暴大风夏季也有一定的发生率， 年变化呈现出双峰结构， 在8月份还有一个次高峰， 平均每年发生21.1站次， 约为4月高峰值的1/3［图9（c）］。冷空气大风发生站次12月开始增加， 冬季各月平均每年发生3~4站次， 至3月发生站次有明显的增加， 平均每年发生8.4站次， 4月也维持相近的发生站次， 5月份夏季风暴发后， 发生站次有明显的下降， 回到冬季水平且维持至6月， 7月后冷空气大风发生站次明显降低［图9（d）］。南支槽前大风主要发生在2 -4月， 以4月份为最多， 平均每年出现11.8站次［图9（e）］， 这和南支槽在冬半年较为活跃有关。500 hPa偏西急流背景下偏西大风出现在11月至次年4月， 各月平均每年出现1~2站次［图9（f）］， 这也和整个行星风系冬半年南移且增强， 云南上空偏西风增强对应。台风大风发生在夏秋季， 以8 -9月相对较多， 平均每年有1站次［图9（g）］。高原槽后大风全年均可能发生， 发生站次较少， 平均每年各月不到1站次［图9（h）］。
上述指出， 雷暴大风发生站次年变化呈现出双峰结构， 8月次高峰发生站次约为最高峰4月的1/3。对于雷暴大风发生日数， 即一天中有雷暴大风出现一次或者多次， 记为一个大风日， 其年变化也呈现出双峰结构， 最高峰4月大风日数平均每年11.6天， 次高峰8月大风日数平均每年10.2天， 8月次高峰大风日数与最高峰4月相当（图10）， 也即意味着春季雷暴大风组织性较强， 同一时次或同一过程中多个站点有雷暴大风发生， 夏季雷暴大风则呈现出零散的特征， 即同一时次可能只有个别站点发生雷暴大风， 例如2015年4月23日午后云南西南部普洱市一带飑线雷暴大风和同年8月11日午后普洱市局地雷暴大风（图11）， 其中为了更好地进行对比， 图中所用区域站大风为7级及以上大风（风速≥13.9 m·s-1）， 普洱站探空用17:00普洱站地面温度和露点进行了订正， 4月23日个例温度15 ℃、 露点温度14 ℃订正为温度23 ℃、 露点温度16 ℃， 8月11日个例温度19 ℃、 露点温度19 ℃订正为温度28 ℃、 露点20 ℃。
2015年4月23日午后， 云南西南部普洱市一带发生飑线雷暴大风， 大风沿着飑线回波呈线状分布［图11（a）， （c）］， 环流背景为南支槽， 500 hPa风速较大， 普洱站T-logP显示中高层为一致的偏西风， 普洱市上空500 hPa左右有明显的干层， 且订正后有明显的对流有效位能［图11（e）］； 8月11日午后， 普洱市也发生强对流天气， 回波范围小， 较零散， 18:00 -18:59仅一个站出现19.2 m·s-1大风［图11（b）， （d）］， 环流背景为西太平洋副热带高压， 500 hPa风速小， 普洱站探空显示中高层风向不一致， 为弱的偏西风或偏东风， 普洱市上空干层位置较高（400~300 hPa）， 订正后也有明显的对流有效位能［图11（f）］。2015年春季和夏季的两次雷暴大风主要有以下区别： 春季雷暴大风组织性较强， 雷达回波移速快， 夏季雷暴大风较零散， 回波移速慢。回波移动速度也和高空引导气流的强弱差异对应， 春季云南上空风速强， 引导气流强， 夏季云南上空风速弱， 引导气流弱。进入夏季， 降水成为预报关注的重点， 雷暴大风发生站次降低， 但其发生天数并不低， 呈现出零散发生的特征， 在预报服务中易被忽略。

6.2　日变化特征

云南大风发生站次有明显的日变化特征， 主要发生在白天， 日出后发生站次逐渐增多， 15:00 - 15:59达到最多［图12（a）］， 之后又逐渐减少， 同样这一特征是由热低压大风造成［图12（b）］； 雷暴大风主要发生在午后， 16:00 -17:59最多［图12（c）］， 这主要是由大气不稳定能量的日变化导致； 冷空气大风主要发生在午后至凌晨， 午后开始增多， 18:00 -19:59达到最多［图12（d）］； 南支槽前大风和雷暴大风有相似特征， 主要发生在午后， 16:00 - 17:59最多［图12（e）］； 500 hPa偏西急流背景下偏西大风有两个主要发生时间段， 午后和凌晨， 午后发生站次相对较多［图12（f）］； 台风大风也主要发生在白天， 16:00 -17:59较多， 这可能也和大气不稳定能量日变化有关［图12（g）］； 高原槽后大风主要发生在白天和刚入夜的时候， 15:00 -16:59相对较多［图12（h）］。
云南大风发生站次时间变化特征总结如表2。
表2 所有大风和不同类型大风发生站次时间变化特征

Table 2 The temporal characteristics of occurring times for all and different types of strong winds

所有

大风

 热低压大风

雷暴

大风

冷空气

大风

 南支槽前大风 500 hPa偏西急流背景下偏西大风

台风

大风

 高原槽后大风

年

变

化

 主要时段 冬春季 冬春季 春夏季 冬春季、 初夏 2 -4月 11月至次年4月 夏秋季 全年
峰值月份 3月 3月 4月和8月/次高峰 3 -4月 4月 2月 8 -9月 -

日

变

化

 主要时段 白天 白天 午后 午后至凌晨 午后 午后和凌晨 白天 白天和刚入夜
峰值时间 15:00 -15:59 15:00 -15:59 16:00 -17:59 18:00 -19:59 16:00 -17:59 16:00 -16:59 16: 00 -17:59 15: 00 -16:59
-代表无数据（- represents no data available）

7 结论

基于大风发生原因， 将2013 -2021年云南省125个国家站17 m·s-1及以上16778个大风记录划分为8种类型： 热低压大风、 雷暴大风、 局地大风、 冷空气大风、 南支槽前大风、 500 hPa偏西急流背景下偏西大风、 台风大风和高原槽后大风， 其中局地大风由于发生原因无法确定， 在文中未进行分析， 对另外7种类型大风进行风向风速、 时空分布特征分析， 得到以下结论：
（1） 云南大风主要为热低压大风， 达83%左右， 其次为雷暴大风， 达11%左右。大风主要发生在云南西北部、 中部和东部， 这一空间分布特征主要由热低压大风造成； 雷暴大风主要发生在云南西南部至中部； 冷空气大风与地形密切相关， 不仅其分布受到地形影响， 地形的峡谷效应对大风的形成也产生影响； 南支槽前大风出现于南支槽前线状或片状云系附近。
（2） 除雷暴大风外， 其余类型大风的风向和导致其发生的原因密切相关。热低压大风以西风和西南风为主； 雷暴大风各个风向均可能发生； 冷空气大风以北风和偏东风为主； 南支槽前大风以西风和西北风为主； 500 hPa偏西急流背景下偏西大风以西和西南风为主； 台风大风以偏东风为主， 高原槽后大风以西北风和北风为主。
（3） 大风风速多为7~9级， 风速平均值为18.7 m·s-1， 10级及以上风速分布不连续性强； 雷暴大风和南支槽前大风尽管发生的站次相较于热低压大风少很多， 但其造成极端大风的可能性更高。
（4） 大风发生站次有明显的年变化特征， 大风主要发生在冬春季节， 以3月份为最多； 热低压大风主要发生的月份为2 -4月， 3月份达到峰值； 雷暴大风主要发生在春季， 4月发生站次最高， 夏季也有一定的发生率， 年变化呈现出双峰结构， 在8月份还有一个次高峰， 发生站次约为4月高峰值的1/3； 冷空气大风12月开始增加， 至3月发生站次有明显的增加， 4月也维持相近的发生站次； 南支槽前大风主要发生在2 -4月， 以4月份为最多； 500 hPa偏西急流背景下偏西大风出现在11月至次年4月； 台风大风发生在夏秋季， 以8 -9月相对较多； 高原槽后大风全年均可能发生。雷暴大风发生日数年变化也呈现出双峰结构， 8月次高峰大风日数与最高峰4月相当， 也即春季雷暴大风组织性较强， 夏季雷暴大风则呈现出零散的特征。
（5） 大风发生站次有明显的日变化特征， 热低压大风主要发生在白天， 日出后发生站次逐渐增多， 15:00 -15:59达到最多； 雷暴大风主要发生在午后， 16:00 -17:59最多； 冷空气大风主要发生在午后至凌晨， 午后开始增多， 18:00 -19:59达到最多； 南支槽前大风和雷暴大风有相似特征， 主要发生在午后， 16:00 -17:59最多； 500 hPa偏西急流背景下偏西大风有两个主要发生时间段， 午后和凌晨， 午后发生站次相对较多； 台风大风主要发生在白天， 16:00 -17:59较多； 高原槽后大风主要发生在白天和刚入夜的时候， 15:00 -16:59相对较多。
本研究对云南不同类型大风的风向风速、 时空分布特征进行了分析， 有利于掌握云南不同类型大风发生的天气气候背景， 并基于大风发生原因结合环流形势对大风进行潜势预报。文中对热低压大风的形成原因进行了解释， 但深入的机理、 成因并未进行分析， 其他类型大风发生的机理也未展开探究， 这也是我们未来继续探究的方向。

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基金

云南省气象局科研项目(YZ202323)
中国气象局创新专项(CXFZ2023J030)
云南省重点研发计划项目(202203AC100005)
国家自然科学基金项目(42065006)
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