渤海西岸空气动力学粗糙度特征分析-气象与环境学报.PDF

第３０卷 第３期 气 象 与 环 境 学 报 Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．３ ２０１４年６月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ Ｊｕｎｅ２０１４ 黄鹤，吴彬贵，蔡子颖，等．渤海西岸空气动力学粗糙度特征分析［Ｊ］．气象与环境学报，２０１４，３０（３）：２６－３０． ＨＵＡＮＧＨｅ，ＷＵＢｉｎｇｕｉ，ＣＡＩＺｉｙｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｒｏｕｇｈｎｅｓｓｉｎｔｈｅｗｅｓｔｅｒｎｃｏａｓｔｏｆｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ ＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１４，３０（３）：２６－３０． 渤海西岸空气动力学粗糙度特征分析 １ １ １ ２ ３ 黄鹤 　吴彬贵 　蔡子颖 　王佳 　严俊 （１天津市气象科学研究所，天津３０００６１；２南京信息工程大学，江苏 南京２１００４４； ３天津市静海气象局，天津３０１６００） 　　摘　要：利用２００９年１２月至２０１０年１１月渤海西岸大港风能塔观测的风速、风向和温度梯度资料，计算风能塔周围空气 动力学粗糙度Ｚ。对比分析了风廓线法和风速标准差法的计算结果，讨论了风速标准差法的适用性以及下垫面空间非均一性 ０ 对粗糙度的影响。结果表明：风能塔三个主风向上的平均粗糙长度为：０１３１９ｍ（Ｎ），００３８６ｍ（ＳＥ）和００１８２ｍ（ＳＷ）。通过 严格条件限制，利用风速标准差法可以得到与风廓线法相同的计算效果。同一方位上，利用１０—３０ｍ资料计算得到的粗糙度 长度的季节差异相对较小，而５０—７０ｍ的计算结果差异相对较大。在相同高度上，粗糙度长度计算结果亦存在明显季节差异， 反映了随季节变化的植被对地表粗糙度的影响。 关键词：风能塔；空气动力学粗糙度；风廓线；下垫面 　　中图分类号：Ｐ４０４　　文献标识码：Ａ　　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３５０３Ｘ．２０１４．０３．００４ 案提供依据，以提高预报精度和效果。 引言 １　资料与方法 地表粗糙长度是一种表征地表下垫面复杂程度 的几何长度，是地表风速为零的几何高度，其反映了 １１　观测场地与数据 地表与大气的相互作用，可以用来定量化表述地表 大港风能塔（３８°４２′４６″Ｎ，１１７°３２′２８″Ｅ，海拔高 ［１］ 度为２ｍ）位于天津市滨海新区大港油田内，其东距 粗糙程度 。近年来，很多专家学者就空气动力学 长度的物理和实践意义、计算方法等方面进行了讨 渤海约２ｋｍ，下垫面特征主要为盐碱地，正北方向约 ［２］ ［３－８］ ０５ｋｍ处为一水泥工厂（２０１０年５月建成），西侧为 论 ，并在不同地区开展了大量的观测研究 。 刘小平和董治宝［９］通过实验讨论了对数廓线拟合 大片开阔地，该塔共设有 １０、３０、５０ｍ和７０ｍ四层 法、质量守恒法、压力中心法、无因次风速法和阻尼 观测平台，观测项目包括风速、风向、温度和相对湿 法５种计算方法的优缺点，并给出了沙质地表、植被 度。本文基于２００９年 １２月至２０１０年 １１月风能塔 覆盖、砾石和复合地表粗糙度长度的观测值。张文 观测资料，利用风速廓线法计算了风能塔主风向上 ［１０］ 空气动力学粗糙度，并对比讨论了风速标准差法的 煜等 采用经典的廓线法和风速风向标准差法计算 了黄土高原半干旱区非均匀下垫面粗糙度长度，结 适用性和下垫面空间非均一性对粗糙度的影响。 果表明季节变化对粗糙度的影响可达０１５９ｍ。李 图１ａ—图１ｄ分别给出了风能塔春夏秋冬四个 ［１１］ 季节的风向频