Offset Elliptical Normal 混合模型：助力佛罗里达塔拉哈西市计划火烧规划的新风向标

研究人员为解决风玫瑰图在表达风速风向变异性上的局限，对塔拉哈西市风气候展开研究，运用 Offset Elliptical Normal 混合模型，得出该市四季风况特征，该模型有助于计划火烧规划。

　　在广袤的大自然中，野火的发生和蔓延受到众多因素的影响，而风，无疑是其中最为关键的一环。对于野地火灾的管理和控制，了解风的特性至关重要。一直以来，风玫瑰图（wind rose）是野地火灾人员了解一个地点风况的常用工具，它以直观的图形展示了不同风向和风速范围的相对频率 。然而，风玫瑰图存在明显的局限性，它在表达风速和风向的变异性方面能力有限，而且难以揭示产生风的物理机制，就像戴着一副模糊的眼镜看风，无法清晰地了解风的真实面貌。这使得计划火烧（prescribed fire）的规划和执行面临诸多挑战，因为在计划火烧中，精确掌握风速和风向对于确保火烧的安全和有效性至关重要。

为了突破这一困境，来自美国的研究人员，包括 Tall Timbers Research 的 Seth W. Bigelow 和佛罗里达州立大学的 Bryan Quaife 等，开展了一项关于风气候分析的研究。他们将目光聚焦于佛罗里达州的塔拉哈西市，这座城市是美国重要的计划火烧中心。研究成果发表在《Fire Ecology》杂志上。

在研究方法上，研究人员首先从美国国家海洋和大气管理局（NOAA）国家环境信息中心（NCEI）维护的 TD3505 数据库中，下载了塔拉哈西地区 1996 年至 2023 年的连续多年风测量数据，这些数据为研究提供了坚实的基础。随后，他们运用 Cook 在 2020 年开发的 Offset Elliptical Normal 软件中的工具对数据进行清洗，去除异常值和错误数据。之后，研究人员利用 Offset Elliptical Normal 混合模型（Offset Elliptical Normal mixture model）对风数据进行分析。该模型通过将风速和风向进行三角转换为西风（纬向）和南风（经向）分量，进而识别出具有相似分量的风观测集群，并为每个集群拟合联合双变量正态分布 。

研究结果显示，塔拉哈西市的风气候呈现出明显的季节性变化。冬季，受北部锋面风主导，北风较为常见；春季，弱西风盛行，风速在春季达到全年最快，且午后常出现较强的南风；夏季，风的方向更为多变，风速较慢，以弱多向风为主，不过东北风的频率在夏季逐渐增加；秋季，受反气旋影响，东风显著 。研究还识别出十一个椭圆来表征塔拉哈西市的风气候，每个椭圆代表一种物理风产生机制。

通过对研究结果的深入分析，研究人员得出结论：Offset Elliptical Normal 混合模型相比传统的风玫瑰图有实质性的改进。它能够识别离散的母体风（parent winds），并展示其在风速和方向上的联合变异性，这为计划火烧规划提供了重要的参考依据。该模型提供的风气候图形总结在统计上更为严谨，有助于计划火烧管理者更深入地了解风况，从而更科学地规划和执行计划火烧，减少火灾风险，保护生态环境。

然而，Offset Elliptical Normal 混合模型的应用也面临一些挑战。例如，该模型的代码安装、教程学习和正确执行存在一定难度，需要使用者具备一定的 R 编程知识。不过，随着使用熟练度的提高，完成一次完整的分析所需时间会逐渐减少。

总体而言，这项研究为计划火烧规划提供了新的视角和更有效的工具。Offset Elliptical Normal 混合模型在风气候分析中的应用，让我们对风的认识更加精准，为野地火灾的管理和控制提供了更有力的支持，有望在未来的计划火烧实践中发挥重要作用，推动野地火灾管理领域的发展。