地面粗糙度等級及其對風(fēng)速的影響

1、地面粗糙度等級及其對風(fēng)速的影響空氣在流動的過程中不僅受到氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力的作用，而且在離 地面1.5公里的近地面大氣層里，它還受到地面障礙物的影響，氣象學(xué)上將 1.5公里以下的氣層稱為摩擦層。在摩擦層里，空氣經(jīng)過粗糙不平的地表面，受到摩擦力的作用，空氣流動 的速度，也就是風(fēng)速會越來越小。由于地表粗糙程度不一，作用于空氣的摩 擦力的大小也就不同，風(fēng)速減小的程度也就不同，地面粗糙度越大，作用于 空氣的摩擦力也就越大，相應(yīng)的風(fēng)速減小的也就越多。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及建筑學(xué)等領(lǐng)域?qū)Φ孛娲植诙冗M(jìn)行了分類，總共分為A、B、C、D四類，各類對應(yīng)的地表狀況如下：A類指近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類

2、指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城市郊區(qū)；C類指有密集建筑群的中等城市市區(qū)；D類指有密集建筑群但房屋較高的大城市市區(qū)。圖3 C類圖4 D類為了能對地面粗糙度進(jìn)行量化分析，通常使用粗糙度長度（表征完全湍流 中表面粗糙程度所用的特征長度參數(shù)，單位為：m） Z0對地面粗糙度進(jìn)行度量，其值分布于0-2m之間。表1中列出了地面粗糙度等級值對應(yīng)的粗糙度長 度值，以及能源指數(shù)和地表特征。表1 :地面粗糙度等級及粗糙度長度（來源于德國風(fēng)能協(xié)會）粗糙度等級粗糙度長度Z0m能源指數(shù)（百分比）地表特征00.0002100海，湖0.50.002473開闊地帶且地勢平坦，如機(jī)場跑道1.00.0352開闊的

3、田野，沒有柵欄、樹木等，但可以有起伏的丘陵和非常分散的矮建筑物1.50.05545可以有一些房屋和高 8米但距離超過1公里的灌木、樹木等的田野2.00.139可以有一些房屋和高8米但距離超過500m的灌木、樹木等的田野2.50.231有很多的房屋，灌木和植物，和高8米距離250m的樹木等的田野3.00.424小村莊，小城市，或者擁有咼大灌木樹木的粗糙不平的田野3.50.618有密集建筑群的中等城市市區(qū)4.01.613有密集建筑群但房屋較高的大城市市區(qū)在確定某地區(qū)的地面粗糙度類別時，若無實(shí)測資料，建筑學(xué)上可按下述原 則近似，該原則同樣適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域。1. 以擬建房屋為中心、2km為半徑的迎

4、風(fēng)半圓影響范圍內(nèi)的房屋高度和密 集度來區(qū)分粗糙度類別，風(fēng)向原則上應(yīng)以該地區(qū)最大風(fēng)的風(fēng)向?yàn)闇?zhǔn)，但也可 取其主導(dǎo)風(fēng)向；2. 以半圓影響范圍內(nèi)建筑物的平均高度來劃分地面粗糙類別。當(dāng)平均高度 不大于9m時為B類；當(dāng)平均高度大于9m但不大于18m時為C類；當(dāng)平均高度大于18m時為D類；3. 影響范圍內(nèi)不同高度的面域可按下述原則確定，即每座建筑物向外延伸 距離等于其高度的面域內(nèi)均為該高度，當(dāng)不同高度的面域相交時，交疊部分 的高度取大者；4. 平均高度取各面域面積為權(quán)數(shù)計(jì)算。地面粗糙度對風(fēng)速的影響范圍如下圖所示。圖5地面粗糙度對風(fēng)速的影響范圍圖片版權(quán)聲明：圖片來源于互聯(lián)網(wǎng)，版權(quán)歸原作者所有。 ndpark/Rauigkei