風(fēng)能資源講稿薛桁

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1、風(fēng)能資源薛桁中國氣象科學(xué)研究院1、風(fēng)的形成1.1地球上的風(fēng)1.2地球上的環(huán)流1.3我國天氣氣候2、風(fēng)的特征2.1近地層風(fēng)的特性2.2平均風(fēng)速2.3脈動風(fēng)特性2.4災(zāi)害性大風(fēng)2.5地貌、地形對風(fēng)特性的影響3、風(fēng)的測量3.1測風(fēng)項(xiàng)目3.2測風(fēng)設(shè)備3.3測風(fēng)方法3.4測風(fēng)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證與處理4、風(fēng)能資源4.1風(fēng)能資源的計算4.2風(fēng)能資源的調(diào)查4.3風(fēng)能資源的分布風(fēng)能資源1、風(fēng)的形成1.1地球上的風(fēng)風(fēng)——空氣的流動現(xiàn)象。氣象學(xué)中指空氣相對于地面的水平運(yùn)動。風(fēng)是一個矢量，用風(fēng)向和風(fēng)速表示。風(fēng)向——指風(fēng)的來向。我國風(fēng)向觀測用十六個方位表示，實(shí)際測風(fēng)報告中還常用0-360°范圍內(nèi)的數(shù)字表示風(fēng)向。風(fēng)速

2、——單位時間內(nèi)空氣移動的距離。氣象上對風(fēng)速還作以下定義：（1）平均風(fēng)速，相應(yīng)于有限時段，通常指二分鐘或十分鐘的平均情況。（2）瞬時風(fēng)速，相應(yīng)于無限小的時段。（3）最大風(fēng)速，指在給定的時間段或某個期間里面，平均風(fēng)速中的最大值。（4）極大風(fēng)速，指在給定的時間段內(nèi)，瞬時風(fēng)速的最大值。風(fēng)向示意圖風(fēng)速的法定單位和幾種常用單位的換算。單位米·秒-1海里·時-1千米·時-1英尺·秒-1英里·時-11米·秒-111.9438443.6003.280842.236941海里·時-10.5144411.8521.68780991.15077951千米·時-10.2780.5399610.9113444

3、0.621369951英尺·秒-10.30480.5924841.0972810.6818181英里·時-10.447040.8689761.46666711.1地球上的風(fēng)1.1.1地轉(zhuǎn)風(fēng)定義：自由大氣中，氣塊作水平勻速直線運(yùn)動時的風(fēng)。此時，水平氣壓梯度力與水平地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）平衡下，空氣所產(chǎn)生的水平運(yùn)動。在等高面上，地轉(zhuǎn)風(fēng)可寫成：式中Vg為地轉(zhuǎn)風(fēng)，ρ是該高度空氣的密度，P是該高度的氣壓場分布，▽hP即水平氣壓梯度，f是科里奧科參數(shù)，f=2ωsinΦ，其中ω與地球自轉(zhuǎn)角速度，Φ為地理緯度，K是垂直方向的單位向量。1.1地球上的風(fēng)地轉(zhuǎn)風(fēng)的方向與等壓線平行，在北半球背風(fēng)而立，高

4、壓在右，低壓在左，南半球則相反。地轉(zhuǎn)風(fēng)的大小與氣壓梯度成正比，但與空氣密度和科里奧利參數(shù)成反比。地轉(zhuǎn)風(fēng)關(guān)系揭示了風(fēng)場與氣壓場之間最簡單也是最基本的關(guān)系,在自由大氣中實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)十分接近，因此在實(shí)際應(yīng)用上都常把地轉(zhuǎn)風(fēng)作為實(shí)際風(fēng)的近似。dsVgG1.1地球上的風(fēng)1.1.1地轉(zhuǎn)風(fēng)1.1.2梯度風(fēng)定義：在無摩擦力時，在彎曲等壓線型式下，水平氣壓梯度力、水平科里奧利力、離心力三者平衡時，空氣的水平運(yùn)動所形成的風(fēng)。風(fēng)向與等壓線相切，在北半球，人背風(fēng)而立，低壓在左，高壓在右。南半球相反。即在北半球，由低氣壓系統(tǒng)形成的氣旋性風(fēng)總是反時針方向旋轉(zhuǎn)的，由高壓系統(tǒng)形成的反氣旋風(fēng)總是順時針方向旋轉(zhuǎn)的。1

5、.1地球上的風(fēng)梯度風(fēng)公式：在低壓區(qū)：在高壓區(qū)：式中f為科里奧得參數(shù)，為氣旋或反氣旋的曲率半徑，是法線方向的氣壓梯度。1.1地球上的風(fēng)1.1.2梯度風(fēng)理論上說，梯度風(fēng)應(yīng)更接近于實(shí)際風(fēng)，但在作實(shí)際計算時由于慣性離心力很小很難計算，因此往往誤差很大，有時還不如地轉(zhuǎn)風(fēng)近似好，一般只在討論熱帶氣旋等系統(tǒng)時應(yīng)用。1.1地球上的風(fēng)1.1.2梯度風(fēng)1.1.3梯度風(fēng)方程水平氣壓梯度力、水平科里奧利力和離心力三者平衡下的空氣運(yùn)動方程：其中VG是梯度風(fēng)，是曲率半徑，是法線方向的氣壓梯度。當(dāng)空氣團(tuán)運(yùn)動軌跡的曲率較大，風(fēng)速也較大的時候，科里奧利力比氣壓梯度力和離心力小，可以略去，梯度風(fēng)方程變成旋衡風(fēng)方程，即

6、1.1地球上的風(fēng)1.1.3梯度風(fēng)方程即旋衡風(fēng)，如龍卷風(fēng)。當(dāng)水平氣壓場是均勻的，梯度風(fēng)方程變成慣性風(fēng)方程，即為慣性風(fēng)1.1地球上的風(fēng)1.1.3梯度風(fēng)方程1.1.4摩擦風(fēng)在行星邊界層中（旋轉(zhuǎn)地球大氣的湍流邊界層，相當(dāng)于地表至1-1.5公里高的淺薄大氣層），由摩擦力而產(chǎn)生的非地轉(zhuǎn)風(fēng)。摩擦風(fēng)是氣壓梯度力、摩擦力或氣壓梯度力、摩擦力、科里奧利力平衡下的運(yùn)動。摩擦風(fēng)特性（見第2節(jié)）1.1地球上的風(fēng)1.2.1大氣環(huán)流風(fēng)在地表上形成的根本原因是太陽能量的傳輸，由于地球是一個球體，太陽光輻射到地球上的能量隨緯度不同而有差異，赤道的低緯度地區(qū)受熱量最多，極地和高緯度地受熱量少，因而造成太陽對地球表面的

7、不均勻加熱，從而導(dǎo)致地面上空大規(guī)模的大氣運(yùn)動，也即總的大氣環(huán)流。假設(shè)地球不發(fā)生自轉(zhuǎn)，由于極地與赤道間的溫差，赤道溫度高的空氣將上升高層流向極地，極地附近大氣則因冷卻收縮下沉，在低空受指向低緯度的氣壓梯度力的作用，流向低緯，便形成了一個全球性的南北向環(huán)流。（圖1）1.2地球上的環(huán)流圖1由于太陽輻射差異產(chǎn)生的赤道與極地之間的大氣環(huán)流狀況1.2地球上的環(huán)流1.2.1大氣環(huán)流(續(xù))實(shí)際上由于地球自轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生一個稱為科里奧利力的地轉(zhuǎn)偏向力,在北半球總是對流動的空氣產(chǎn)生向右偏的地