渤海西岸空气动力学粗糙度特征分析.pdf

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1、第30卷第3期气象与环境学报Vo1．30NO．32014年6月JOURNALOFMETEOROLOGYANDENVIRONMENTJune2014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—3O．HUANGHe，WUBin．gui，CAIZi-ying，eta1．Analysisofaerodynamic1"out,heSSinthewesterncoastoftheBohaiSea[J]．JournalofMeteorologyandEnvironment，2014，30(3)：26

2、—3O．渤海西岸空气动力学粗糙度特征分析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。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：0．1319nl(N)，0．0386m(SE)和0．0182m(sw)。通过严格

3、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1O_3O11资料计算得到的粗糙度长度的季节差异相对较小，而50—7Oin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：Adoi：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

4、，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。4246”N，117。3228”E，海拔高粗糙程度J。近年来，很多专家学者就空气动力学度为2m)位于天津市滨海新区大港油田内，其东距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，正北方向约论J，并在不同地区开展了大量的观测研究矗。0．5km处为一水泥工厂(2010年5月建成)，西侧为刘小平和董治宝通过实验讨论了对数廓线拟合大片开阔地，该塔共设有1O、30、50ITI和70In四层法、质量守恒法、压力中心法、无因次风速法和阻尼

5、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煜等H。。采用经典的廓线法和风速风向标准差法计算空气动力学粗糙度，并对比讨论了风速标准差法的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0．159ITI。李图1a一图1d分别给出了风能塔春夏秋冬四个倩等利用北京325in气象塔观测得到的梯度气象季节的

6、风向频率分布，可以看到有3个主导风向，分数据，计算了北京城市下垫面上地表粗糙度长度，得别为偏北风(N—)，偏东南风(EsE—sE)和偏到气象塔各方向上粗糙度长度总体呈逐年递增趋西南风(SW)。其中，夏季以东南风(SE)和偏西南势。准确的估算不同下垫面状况下的地表粗糙度长风(sw—ssw)为主，秋季以偏北风(NNE)和西南度对边界层模式、地气相互作用和地气之间动量、能风(SW)为主，冬季以北风(N)和偏东南风(ESE)为量和物质的交换和输送有着重要的意义。本文利用主，本文主要就正北(N)，东南(SE)和西南(SW)三天津市气象局大港风能塔观测得到的气象

7、梯度观测个方位的粗糙度进行了计算和分析。采用类似文献资料，对渤海西岸下垫面粗糙度长度进行计算分析，[12]中的方法，将所有的数据资料分别按照345。一为中尺度数值模式在天津沿海地区边界层参数化方360。和0。一15。代表正北方向，120。一l5O。代表东南收稿日期：2013—03—29；修订日期：2013—04—26。资助项目：国家自然科学基金项目(41075004)资助。作者简介：黄鹤，男，1983年生，工程师，主要从事大气物理与大气环境研究，E-mall：huanghe04@aliyun．tom。第3期黄鹤等：渤海西岸空气动力学粗糙度特征分析29

8、按照季节进行分类同样用于风速标准差法的计算。异较小，而对于东南方向，除了冬季，其他季节两种表3给出了利用上述