风是工程设计中必须考虑的重要的环境要素，特别是设计风速( 即多年一遇极值风速) 是一个非常重要参数。在铁路工程设计中，设计风速既是影响铁路工程造价的敏感参数，也是直接关系到铁路安全运行的关键因子。为达到既安全又经济的目的，获得客观合理的设计风速值是铁路部门和气象部门必须认真研究的问题。设计风速应用极值风速的概率分布经统计学分析计算获得。常用的极值风速分布模式有极值I型分布、皮尔逊Ⅲ型分布和韦伯尔分布等，研究表明，设计风速极值的概率分布以极值I型拟合效果最好，适合于我国各气候区。张忠义等人利用南京长江第二大桥桥位风速观测资料，风向风速记录仪的实测风资料及两处的同步风速观测资料，采用极值I型分布和皮尔逊III型分布经统计分析计算得到南京长江二桥设计风速； 杜尧东等用琼州海峡工程区3个测点5a多层梯度测风资料分析了与邻近气象站风速的相关关系、风随高度变化的规律等，用3个测点与气象站风速之间的线性相关方程延长了工程区短期测风资料，并用极值I型分布计算了琼州海峡跨海桥面高度各重现期设计风速； 李林等用皮尔逊Ⅲ型分布推算青藏高原东边缘山区极值风速； 穆红文等用极值I型曲线计算得出甘肃金昌一安西不同区段输电线路设计风速； 日本的明石海峡大桥、贵州北盘江大桥、江苏苏通大桥等国内外著名工程，在设计施工前均对工程区进行了多年的风场环境观测，根据风速极值I型曲线提出了合理的风速设计值。新疆“百里、三十里风区”地处天山山口，受下坡地形和狭管效应影响，常出现强劲的西北偏北大风，以3～6月最为频繁，风力最为强劲，风力常在10～11级以上，最大风速大于40m / s，曾记录到大于60m/s的瞬时风速。又因风区位于干旱区和极端干旱区，地表多沙石，植被稀少，大风常刮起沙石埋没公路和铁路，多次吹翻列车，造成脱轨等重大交通事故。而两大风区内铁路线路距离长，但气象台站相对较少，同时线路所在区域无高速铁路设计和运行经验可供借鉴。因此，为了满足铁路工程经济和安全的设计原则，在充分收集了铁路工程沿线9个基本气象台站和21 个铁路沿线测风站测风资料基础上，对资料缺乏区域，利用相距不远，处于相似环流背景下的测站，通过天气动学分析和统计拟合方案补出缺失的资料，结合沿线的气候特征及地形特征，应用数值统计学分析等技术方法，分析了大风时空分布规律，结合建筑结构荷载规范，科学合理地确定了线路区域内的设计风速取值及其相应区段划分，为工程设计提供准确可靠的依据。

1.1 气象站测风资料

     新疆“百里、三十里风区”铁路沿线长序列风资料来自区域内9个气象站，气象站和资料长度如下：乌鲁木齐、达坂城、托克逊、东坎、吐鲁番、鄯善，七角井、十三间房、哈密等气象站。其中十三间房气象站1999 年建站，是由七角井气象站搬迁而来，其余气象站都未迁移，使用的观测数据从1961 年 1 月 ～2008年12 月，包括每日4 次定时风速和风向，每日10min平均最大风速和风向和日极大风速与风向。

1.2 铁路测风站数据

     研究区内铁路沿线短时加密观测站为： 芨芨槽子西、盐湖西、天山、三个泉、头道河、吐鲁番、小草湖西、红台、大步、大步东、猛进、猛进东、十三间房西、十三间房、红柳、红西 2、红西 1、红层、乌拉泊、三葛庄、了墩等 21 个站。各铁路测风站大都在2003年下半年建站，布设在铁路各段的风速最大处。使用的观测数据大都从 2004 年 1 月 ～ 2008 年 6 月( 大步东、乌拉泊和三葛庄从2004 年4 月开始) ，包括每2 min 1 次平均风速及风向、每日平均风速风向，每日 10 min 平均最大风速和风向、每日 3 s 瞬时最大风速及风向。

1.3 资料订正方法

     铁路沿线测风仪距地高度有多个值，采用风速随高度变化的指数公式：

     因铁路沿线区域多为山边、小山丘和田野，根据其地表类型，取 a =0．16，把铁路测风站风速统一换算到10 m高度，经过订正后，得到铁路沿线测风站10 m 高处10 min 平均最大风速时间序列。

2.1 平均风速

     从表1可见，新疆百里和三十里风区平均风速最大站分别是十三间房和达坂城，年平均风速分别为 5．4m/s 和 6.1 m/s。风区各站平均风速最大月与最小月风速差异显著，相差最显著的东坎站达到5．6倍。各站最大平均风速在5月份出现最多，其次是4 月和6 月，各站在12 月平均风速最小。从季节分布看，春夏季平均风速较大，冬秋季较小。春夏季风速较大是因为两季天气过程多，春季冷空气入侵频繁，而夏季冷暖空气交汇较多，天气过程常带来大风天气，所以平均风速较大，而秋冬季天气相对稳定，大风出现较少，所以平均风速也小。

2.2　10 min平均最大风速

     从表2可见，新疆百里和三十里风区 10 min 平均最大风速的最大值也出现在十三间房和达坂城，最高风速分别为37．6 m/s 和33 m/s。风速较大站如达坂城、十三间房、托克逊、乌鲁木齐等各月平均风速差异不显著，其中差异最大站乌鲁木齐相差仅0．65倍；风速较小站如东坎、吐鲁番、鄯善、哈密等各月平均风速差异显著，其中差异最大站吐鲁番相差 2． 7 倍，相差最小站、哈密也相差 1．4 倍。各站10min平均最大风速的最大值4月份出现最多，其次是5 月，最小则在1月出现最多。从季节分布看，春夏季平均风速较大，冬秋季较小。

2.3  10 min平均最大风速的风向和频率

     由表3可见，10 min平均最大风速的最大值多出现在春季，风向以偏北风和偏西风居多，其中4月份出现频率最高，达到 58．3%。百里风区内风速最大的十三间房站累年最大风速的风向为北风，三十里风区的达坂城为西风。两大风区内 10 min 平均最大风速的最多风向为偏东风、偏北风和偏西风，与最大风速的风向不尽相同，其中十三间房风向最集中，最多风向频率达到59.3%，乌鲁木齐风向最为分散，最多风向频率为14．9%。从表中还可见两大风区内风速较大的站点风向较为集中，而风速较小的站点风向较为分散。

2.4瞬时风速

     由于大气湍流的影响，平均风速中迭加了脉动风速，产生阵风。据研究，3s的瞬时最大风速为10min 平均风速的1．2倍以上，0.5 s和0.1s的瞬时最大风速甚至可达10 min 平均风速的1.5 ～3 倍以上。这种高能量的瞬时风速往往会给工程设施造成很大危害，因此，在工程设计中，为保证安全，需要考虑最大瞬时风速。图 1 为风区铁路测风站观测的3s最大瞬时风速。由图 1 可见，天山站和猛进站的瞬时风速分别是三十里风区和百里风区的最大值，其余站以这两个站为中心逐渐减小。

3.1沿线铁路测风资料的延长

     根据短期气候资料延长方法，延长沿线铁路站短期测风资料：选择与铁路测风站临近且风速变化与之相似的气象站作为参照站，选取铁路沿线观测站10m高处10min平均最大风速的数据，与气象参照站同步观测资料进行相关分析和拟合方程，用最小二乘法和2004年以来气象站和铁路测风站每日最大风速资料拟合获得最优回归方程，再将气象站几十年的每日最大风速带入方程求出铁路测风站多年每日最大风速。其中十三间房气象站建站较晚，其最大风速由七角井站推算得来，因七角井站又无最大风速观测，其推算过程是先根据七角井站与十三间房站日平均风速拟合的回归方程得到十三间房站多年长序列日平均风速，再用十三间房站的日平均风速与最大风速拟合的回归方程推算出十三间房站日最大风速。

     结果表明，测点风速与气象站风速之间的关系均以线性拟合效果最佳，用F统计检验表明，各线性回归方程的F统计量远大于给定信度的F统计量(表4) ，各线性方程的回归总体效果均达a =0.01 置信水平以上。利用这些线性方程和气象站的年最大风速序列，推算得到铁路各测风站30a以上的10m高处10 min平均年最大风速序列。

     铁路沿线设计风速的确定使用铁路沿线测风站延长后的最大风速资料，应用风速的极值I型概率分布推算出铁路各测风站的设计风速，根据规定当设计风速低于 27.0 m/s时，设计风速取为27.0 m/s。每个站点设计风速应用范围是从站点到相邻站点距离的一半。各站设计风速如图2，其中三十里风区的天山站和百里风区的猛进东站设计风速分别是42.0 m/s 和39.4 m/s，是各自风区内的最大值。因为铁路测风站设计风速的柯氏检验值与用于延长其风速资料的气象站的检验值相同，而各气象站通过了柯尔莫哥洛夫检验，所以，各铁路测风站设计风速都通过了柯尔莫哥洛夫检验，设计风速合理。

     通过对新疆百里、三十里风区铁路沿线风速的计算和分析，得到以下结论：

     (1)新疆百里和三十里风区平均风速和10min平均最大风速的最大站点分别是达坂城和十三间房，年平均风速分别为6.1m/s和5.4 m/s，10min平均最大风速分别为33m/s和37.6m/s。风区春夏季风速较大，冬秋季较小，各站平均风速最大月与最小月风速差异显著，10min平均最大风速较大站点各月平均风速差异不显著，风速较小站点各月平均风速差异显著。

     (2)最大值风速的风向以偏北风和偏西风居多，多出现在春季，两大风区内10min平均最大风速的最多风向为偏东风、偏北风和偏西风，与最大值风速的风向不尽相同，其中十三间房风向最集中，乌鲁木齐风向最为分散。

     (3)新疆百里和三十里风区铁路测风站风速与附近气象站风速有较好相关性，两者的线性回归方程拟合效果最好，铁路沿线10min最大风速序列能够用气象站10min最大风速推算获得； 经柯尔莫哥洛夫检验，推算各站设计风速的极值I型分布的适合度达到显著水平，对各站风速应用极值I型分布，能够计算得到合理的设计风速。

     (4)三十里风区的天山站、百里风区的猛进东站50a一遇设计风速是两风区最大值，其分别是42.0m/s和39.4m/s，天山站和猛进站瞬时风速最大，风向风速仪的测量数据显示为分别是56.6m/s 和54.8m/s，其余铁路沿线的设计风速和最大瞬时风速以两站为中心递减。每个站点设计风速应用范围是从站点到相邻站点距离的一半。