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     風是工程設計中必須考慮的重要的環境要素，特別是設計風速( 即多年一遇極值風速) 是一個非常重要參數。在鐵路工程設計中，設計風速既是影響鐵路工程造價的敏感參數，也是直接關系到鐵路安全運行的關鍵因子。為達到既安全又經濟的目的，獲得客觀合理的設計風速值是鐵路部門和氣象部門必須認真研究的問題。設計風速應用極值風速的概率分布經統計學分析計算獲得。常用的極值風速分布模式有極值I型分布、皮爾遜Ⅲ型分布和韋伯爾分布等，研究表明，設計風速極值的概率分布以極值I型擬合效果最好，適合于我國各氣候區。張忠義等人利用南京長江第二大橋橋位風速觀測資料，風向風速記錄儀的實測風資料及兩處的同步風速觀測資料，采用極值I型分布和皮爾遜III型分布經統計分析計算得到南京長江二橋設計風速； 杜堯東等用瓊州海峽工程區3個測點5a多層梯度測風資料分析了與鄰近氣象站風速的相關關系、風隨高度變化的規律等，用3個測點與氣象站風速之間的線性相關方程延長了工程區短期測風資料，并用極值I型分布計算了瓊州海峽跨海橋面高度各重現期設計風速； 李林等用皮爾遜Ⅲ型分布推算青藏高原東邊緣山區極值風速； 穆紅文等用極值I型曲線計算得出甘肅金昌一安西不同區段輸電線路設計風速； 日本的明石海峽大橋、貴州北盤江大橋、江蘇蘇通大橋等國內外著名工程，在設計施工前均對工程區進行了多年的風場環境觀測，根據風速極值I型曲線提出了合理的風速設計值。新疆“百里、三十里風區”地處天山山口，受下坡地形和狹管效應影響，常出現強勁的西北偏北大風，以3～6月最為頻繁，風力最為強勁，風力常在10～11級以上，最大風速大于40m / s，曾記錄到大于60m/s的瞬時風速。又因風區位于干旱區和極端干旱區，地表多沙石，植被稀少，大風常刮起沙石埋沒公路和鐵路，多次吹翻列車，造成脫軌等重大交通事故。而兩大風區內鐵路線路距離長，但氣象臺站相對較少，同時線路所在區域無高速鐵路設計和運行經驗可供借鑒。因此，為了滿足鐵路工程經濟和安全的設計原則，在充分收集了鐵路工程沿線9個基本氣象臺站和21 個鐵路沿線測風站測風資料基礎上，對資料缺乏區域，利用相距不遠，處于相似環流背景下的測站，通過天氣動學分析和統計擬合方案補出缺失的資料，結合沿線的氣候特征及地形特征，應用數值統計學分析等技術方法，分析了大風時空分布規律，結合建筑結構荷載規范，科學合理地確定了線路區域內的設計風速取值及其相應區段劃分，為工程設計提供準確可靠的依據。

1.1 氣象站測風資料

     新疆“百里、三十里風區”鐵路沿線長序列風資料來自區域內9個氣象站，氣象站和資料長度如下：烏魯木齊、達坂城、托克遜、東坎、吐魯番、鄯善，七角井、十三間房、哈密等氣象站。其中十三間房氣象站1999 年建站，是由七角井氣象站搬遷而來，其余氣象站都未遷移，使用的觀測數據從1961 年 1 月 ～2008年12 月，包括每日4 次定時風速和風向，每日10min平均最大風速和風向和日極大風速與風向。

1.2 鐵路測風站數據

     研究區內鐵路沿線短時加密觀測站為： 芨芨槽子西、鹽湖西、天山、三個泉、頭道河、吐魯番、小草湖西、紅臺、大步、大步東、猛進、猛進東、十三間房西、十三間房、紅柳、紅西 2、紅西 1、紅層、烏拉泊、三葛莊、了墩等 21 個站。各鐵路測風站大都在2003年下半年建站，布設在鐵路各段的風速最大處。使用的觀測數據大都從 2004 年 1 月 ～ 2008 年 6 月( 大步東、烏拉泊和三葛莊從2004 年4 月開始) ，包括每2 min 1 次平均風速及風向、每日平均風速風向，每日 10 min 平均最大風速和風向、每日 3 s 瞬時最大風速及風向。

1.3 資料訂正方法

     鐵路沿線測風儀距地高度有多個值，采用風速隨高度變化的指數公式：

     因鐵路沿線區域多為山邊、小山丘和田野，根據其地表類型，取 a =0．16，把鐵路測風站風速統一換算到10 m高度，經過訂正后，得到鐵路沿線測風站10 m 高處10 min 平均最大風速時間序列。

2.1 平均風速

     從表1可見，新疆百里和三十里風區平均風速最大站分別是十三間房和達坂城，年平均風速分別為 5．4m/s 和 6.1 m/s。風區各站平均風速最大月與最小月風速差異顯著，相差最顯著的東坎站達到5．6倍。各站最大平均風速在5月份出現最多，其次是4 月和6 月，各站在12 月平均風速最小。從季節分布看，春夏季平均風速較大，冬秋季較小。春夏季風速較大是因為兩季天氣過程多，春季冷空氣入侵頻繁，而夏季冷暖空氣交匯較多，天氣過程常帶來大風天氣，所以平均風速較大，而秋冬季天氣相對穩定，大風出現較少，所以平均風速也小。

2.2　10 min平均最大風速

     從表2可見，新疆百里和三十里風區 10 min 平均最大風速的最大值也出現在十三間房和達坂城，最高風速分別為37．6 m/s 和33 m/s。風速較大站如達坂城、十三間房、托克遜、烏魯木齊等各月平均風速差異不顯著，其中差異最大站烏魯木齊相差僅0．65倍；風速較小站如東坎、吐魯番、鄯善、哈密等各月平均風速差異顯著，其中差異最大站吐魯番相差 2． 7 倍，相差最小站、哈密也相差 1．4 倍。各站10min平均最大風速的最大值4月份出現最多，其次是5 月，最小則在1月出現最多。從季節分布看，春夏季平均風速較大，冬秋季較小。

2.3  10 min平均最大風速的風向和頻率

     由表3可見，10 min平均最大風速的最大值多出現在春季，風向以偏北風和偏西風居多，其中4月份出現頻率最高，達到 58．3%。百里風區內風速最大的十三間房站累年最大風速的風向為北風，三十里風區的達坂城為西風。兩大風區內 10 min 平均最大風速的最多風向為偏東風、偏北風和偏西風，與最大風速的風向不盡相同，其中十三間房風向最集中，最多風向頻率達到59.3%，烏魯木齊風向最為分散，最多風向頻率為14．9%。從表中還可見兩大風區內風速較大的站點風向較為集中，而風速較小的站點風向較為分散。

2.4瞬時風速

     由于大氣湍流的影響，平均風速中迭加了脈動風速，產生陣風。據研究，3s的瞬時最大風速為10min 平均風速的1．2倍以上，0.5 s和0.1s的瞬時最大風速甚至可達10 min 平均風速的1.5 ～3 倍以上。這種高能量的瞬時風速往往會給工程設施造成很大危害，因此，在工程設計中，為保證安全，需要考慮最大瞬時風速。圖 1 為風區鐵路測風站觀測的3s最大瞬時風速。由圖 1 可見，天山站和猛進站的瞬時風速分別是三十里風區和百里風區的最大值，其余站以這兩個站為中心逐漸減小。

3.1沿線鐵路測風資料的延長

     根據短期氣候資料延長方法，延長沿線鐵路站短期測風資料：選擇與鐵路測風站臨近且風速變化與之相似的氣象站作為參照站，選取鐵路沿線觀測站10m高處10min平均最大風速的數據，與氣象參照站同步觀測資料進行相關分析和擬合方程，用最小二乘法和2004年以來氣象站和鐵路測風站每日最大風速資料擬合獲得最優回歸方程，再將氣象站幾十年的每日最大風速帶入方程求出鐵路測風站多年每日最大風速。其中十三間房氣象站建站較晚，其最大風速由七角井站推算得來，因七角井站又無最大風速觀測，其推算過程是先根據七角井站與十三間房站日平均風速擬合的回歸方程得到十三間房站多年長序列日平均風速，再用十三間房站的日平均風速與最大風速擬合的回歸方程推算出十三間房站日最大風速。

     結果表明，測點風速與氣象站風速之間的關系均以線性擬合效果最佳，用F統計檢驗表明，各線性回歸方程的F統計量遠大于給定信度的F統計量(表4) ，各線性方程的回歸總體效果均達a =0.01 置信水平以上。利用這些線性方程和氣象站的年最大風速序列，推算得到鐵路各測風站30a以上的10m高處10 min平均年最大風速序列。

     鐵路沿線設計風速的確定使用鐵路沿線測風站延長后的最大風速資料，應用風速的極值I型概率分布推算出鐵路各測風站的設計風速，根據規定當設計風速低于 27.0 m/s時，設計風速取為27.0 m/s。每個站點設計風速應用范圍是從站點到相鄰站點距離的一半。各站設計風速如圖2，其中三十里風區的天山站和百里風區的猛進東站設計風速分別是42.0 m/s 和39.4 m/s，是各自風區內的最大值。因為鐵路測風站設計風速的柯氏檢驗值與用于延長其風速資料的氣象站的檢驗值相同，而各氣象站通過了柯爾莫哥洛夫檢驗，所以，各鐵路測風站設計風速都通過了柯爾莫哥洛夫檢驗，設計風速合理。

     通過對新疆百里、三十里風區鐵路沿線風速的計算和分析，得到以下結論：

     (1)新疆百里和三十里風區平均風速和10min平均最大風速的最大站點分別是達坂城和十三間房，年平均風速分別為6.1m/s和5.4 m/s，10min平均最大風速分別為33m/s和37.6m/s。風區春夏季風速較大，冬秋季較小，各站平均風速最大月與最小月風速差異顯著，10min平均最大風速較大站點各月平均風速差異不顯著，風速較小站點各月平均風速差異顯著。

     (2)最大值風速的風向以偏北風和偏西風居多，多出現在春季，兩大風區內10min平均最大風速的最多風向為偏東風、偏北風和偏西風，與最大值風速的風向不盡相同，其中十三間房風向最集中，烏魯木齊風向最為分散。

     (3)新疆百里和三十里風區鐵路測風站風速與附近氣象站風速有較好相關性，兩者的線性回歸方程擬合效果最好，鐵路沿線10min最大風速序列能夠用氣象站10min最大風速推算獲得； 經柯爾莫哥洛夫檢驗，推算各站設計風速的極值I型分布的適合度達到顯著水平，對各站風速應用極值I型分布，能夠計算得到合理的設計風速。

     (4)三十里風區的天山站、百里風區的猛進東站50a一遇設計風速是兩風區最大值，其分別是42.0m/s和39.4m/s，天山站和猛進站瞬時風速最大，風向風速儀的測量數據顯示為分別是56.6m/s 和54.8m/s，其余鐵路沿線的設計風速和最大瞬時風速以兩站為中心遞減。每個站點設計風速應用范圍是從站點到相鄰站點距離的一半。