科尔沁沙地典型河岸沙丘背风坡的风速脉动特征

利用科尔沁沙地西部响水河河岸沙丘近地层风速观测资料,探讨了典型河岸沙丘背风坡的风速脉动特征。结果表明:(1)河岸沙丘丘顶最大风速脉动值为5.3 m·s^(-1),其风速脉动强度随高度的增加呈波动增加趋势,湍流度随高度增加呈减小趋势,但变幅较小,而风向脉动幅度极小。(2)河岸沙丘背风坡脚最大风速脉动值为7.8 m·s^(-1),其风速脉动强度也有随高度增加而波动增加的趋势,但因背风坡形态突变形成的“次生流”(反向涡旋气流)影响,背风坡脚湍流度随高度的增加变化较小且属高强度湍流,其风向脉动幅度较大。(3)河岸沙丘丘顶和背风坡脚的风速脉动值在随高度的变化和时间系列上均具有一致性(同步增大或减少),但风速脉动无明显周期性规律。河岸沙丘丘顶平均风速和风速脉动强度均大于背风坡脚,但最大风速脉动值、湍流度和风向脉动则反之。

风沙流中风速脉动对输沙量的影响

通过对不同工程措施下风沙流中风速脉动特征与输沙量波动研究发现:不同孔隙度栅栏中各高度层瞬时风速的波动性具有很好的相关性,而且相邻高度之间的相关性非常显著。在不同风速下,典型工程措施中同一高度层输沙量具有相对应的变化特征;瞬时风速的波动性主要与其所在高度层沙粒的运动状态和工程效益有关。

风沙流中风速脉动的实验测量

在风洞中测量了四种风速条件下净风与挟沙风的速度脉动,发现沙粒运动削弱了平均流速而增加了脉动流速,并且不改变流速脉动的分布规律.挟沙风的脉动速度不再像净风那样随高度增加而单调减小,而是在床面附近变化不大,接着出现极大值,随后依高度增大又趋于减小;也不像净风那样随平均风速的增大而减小,而是先增大后减小,存在极大值.

基于Weierstrass-Mandelbrot函数的分形风速脉动仿真

实际风速脉动普遍具有自相似分形特征,而传统的谐波合成法和线性滤波法仿真的风速脉动均不具有自相似分形特征。因此,基于随机型Weierstrass-Mandelbrot函数,设计了一种能够仿真自相似风速脉动的方案。其中,表征风速脉动自相似特征的重要参数分形维度可与湍流惯性区能谱的幂指数建立联系。将该方案仿真的风速脉动与实际风速脉动一些重要的统计特征,如功率谱和概率密度函数等,进行了比较,结果表明提出的新方案能有效仿真风速脉动的中高频变化及其概率分布特征。

风速脉动对家用电扇风量测试结果影响的分析

在我国家用电扇风量测试中,目前普遍使用叶轮式风速仪作为测试手段。本文在阐述此类风速仪工作原理的基础上,深入分析了影响风量测量结果的主要因素,导出了风速脉动对于叶轮式风速仪读数影响的数学表达式,为进行误差修正、提高测量精度提供了理论依据。

塔克拉干沙漠腹地沙尘暴天气下风速脉动特征

利用塔克拉玛干沙漠2次沙尘暴天气条件下人工绿地近地层80 m风速观测资料,探讨近地层风速脉动特征及其与能见度、PM 10,PM 2.5的关系,为进一步研究湍流情况下风蚀和风扬粉尘释放奠定基础。结果表明:(1)不同高度风速脉动值在随高度的变化上近似符合高斯分布且在时间序列上波动性均具有一致性,脉动频率不稳定,无明显周期性,相邻高度间均具有显著相关性。(2)风速脉动强度随风速增大而增强,随距离地表高度的降低呈先增大后降低的趋势。湍流度均与高度成反比关系,整体上均随着高度的降低而增大,因为地表植被的存在增大了湍流度。(3)沙尘暴过程中地面风速的大小对水平能见度,PM 10,PM 2.5具有直接影响,风速脉动变化与水平能见度呈现反比关系,与PM 10,PM 2.5呈现正比关系。

西北太平洋船载海面风速脉动资料校正及湍流特征分析

对西北太平洋海域2005年9—11月"东方红Ⅱ"船载风速脉动资料的功率谱分析发现,在频率区间0.06—0.26Hz普遍存在一个由于船体晃动而产生的异常峰值,本文提出了一种消除船体晃动干扰的滤波校正改进方法。校正方法数据处理步骤如下:在双对数坐标系下,利用受干扰频率区间前后的功率谱密度值,线性拟合得到该区间内的功率谱趋势线;然后利用原始功率谱和趋势线反演得到受干扰频率区间的校正功率谱;最后通过傅里叶逆变换得到校正后的海面风速脉动资料序列。通过对校正后风速脉动资料湍流特征量的分析表明了该方法用于校正船体晃动对船载海面风速脉动观测影响的可行性。观测期间西北太平洋海区大气多处于热力作用较强的弱不稳定及不稳定条件,无量纲风速标准差与稳定度参数z/L之间能很好地符合1/3次方定律;各方向湍流强度分别为0.091、0.076、0.043;拖曳系数约为(1.30±0.26)×10 3,与他人在该海域的观测结果类似。

草地近地表风速脉动及其与平均风速、摩阻风速的关系

[目的]研究草地近地表脉动风速与平均风速、摩阻风速之间的关系,揭示草地风速脉动规律。[方法]利用三维超声风速仪对天然草地近地表风速进行连续观测。[结果]草地近地表风速存在明显的脉动特性,脉动强度与平均风速之间呈显著线性正相关。湍流度在较小风速下分布非常分散,随平均风速的增大而趋于集中,在2~14 m/s风速范围内概率分布峰值对应的湍流度为0.23。摩阻风速与瞬时风速之间缺乏相关性;1 s时距下摩阻风速与平均风速呈显著线性正相关,但风速脉动导致摩阻风速计算结果波动仍非常明显;1 min时距下摩阻风速波动范围降低至10%以下,摩阻风速与平均风速线性相关性极为显著。[结论]风速脉动对摩阻风速的计算有很大影响,采用1 s或1 min时距的平均风速,可有效降低这一影响。

中尺度风速脉动对暴雨的触发作用

关于台风倒槽暴雨过程及低空东南风急流的重要作用已有过许多研究。本文就影响江苏的4次诱生低压类台风倒槽暴雨过程,收集整理江、浙、皖、沪等省市共百余气象台站的气压、温度、湿度、风和降水自记记录,利用这些时空尺度较稠密的资料进行综合客观分析,追踪台风倒槽内东北风风速脉动现象的活动规律及其与中尺度雨团关系;采用50公里小网格计算各地面物理量场,分析风速脉动的中尺度物理特性;结合高空物理量值(格距150公里)剖析风速脉动的垂直厚度和空间结构,探讨风速脉动成因及对暴雨的激发作用。

沙漠-绿洲过渡带典型下垫面风速脉动特征——以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲为例

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲西部沙漠-绿洲过渡带为研究区,选择植被盖度【5%裸沙样地、植被盖度10%~15%柽柳样地和植被盖度20%~25%骆驼刺样地,利用可移动梯度风测量系统,获取了系统性天气过程中距离地表20cm、40cm、60cm、100cm和200cm高度的风速及200cm高度的风向系列数据,对3个样地平均风速、风速脉动和风向脉动进行分析和研究。结果表明:(1)植被的存在大幅度消弱了平均风速,随着植物密度的增加平均风速逐渐降低,风速廓线显示平均风速发生明显降低的转折高度与植被冠层的平均高度相对应。(2)3个样地脉动风速均近似服从高斯分布,可见植被的存在并未改变风速脉动分布规律。各样地风速脉动强度均随指示风速的增大而增大,随距离地表高度的降低而下降。风速脉动相对值总体上呈现随植物密度增大而增大的趋势,植物群落结构的差异增加了相对风速脉动垂直分布的复杂性。(3)风向脉动幅度以裸沙样地最小、柽柳样地次之、骆驼刺样地最大,即随植物密度增加而增大。同一样地内风向脉动值不随指示风速的变化而发生明显变化。

新疆策勒4个典型下垫面近地层风速脉动特征

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒沙漠-绿洲过渡带为研究区,对流沙地、半固定沙地、固定沙地和绿洲内部4个下垫面平均风速、风速脉动和风向脉动特征进行分析,探讨风速、风向脉动差异原因。结果表明:1平均风速与阵风风速之间符合线性相关性,相关性随着距离地表高度的增大而增大,各高度平均风速与阵风风速都呈极显著正相关(P<0.01);2从流沙前缘沿主风向至绿洲内部,随着植被盖度的增加,平均风速逐渐降低,且离地表越近降低的幅度越大;3随距离地表高度的增大,各测点风速脉动强度呈现先增大后减小的趋势,风速脉动相对值呈减小的趋势。从流沙地、半固定沙地、固定沙地到绿洲内部,风速脉动强度和风速脉动相对值总体上呈现增大的趋势,而在4个下垫面中,绿洲内部不同高度的风速脉动强度在夏季表现为最小,在冬季表现为最大;4风向脉动幅度以流沙地最小,半固定沙地、固定沙地次之,绿洲内部最大,即随植被覆盖度增加而增大。

大风天气老哈河下游迎风侧谷坡的风速脉动特征

基于春季大风天气野外实地风速观测数据,从平均风速、风速脉动、风速脉动强度3个方面对老哈河下游迎风侧谷坡坡脚和坡顶的风速脉动特征进行了分析。结果表明:(1)在距地表0.50m高度以上,坡脚和坡顶风速在时间序列上波动各自具有均一性;(2)风速脉动幅度随着距地表高度的增加而逐渐加大,其最大值超过4.00m·s-1。坡脚和坡顶的风速脉动频率各自具有一致性,但脉动频率不稳定;(3)风速脉动强度基本一致,随高度增加而逐渐增大。在0.50m高度以上,风速脉动相对值(阵性度)基本稳定,但坡顶的阵性因谷坡的干扰而相对减弱。

典型下垫面风沙流中风速脉动特征研究

通过对流沙、戈壁地表风沙流中风速特征研究发现:对于特定的下垫面,风沙流中各高度层脉动风速具有很好的相关性;随不同高度间距离增加,瞬时风速在时间序列上波动的均一性呈递减趋势;瞬时风速的波动性主要与其所在高度层的沙粒数量和运动状态有关,二者存在一种动态的互馈关系;脉动强度随进口风速的增加而增大,而脉动风速的相对值与进口风速无关,只是对应高度的函数.

老哈河下游背风侧谷坡的风速脉动特征

基于老哈河下游春季起沙风地面4.00 m高度范围内实地观测的风速数据,从风速脉动、风速脉动强度两个方面对背风侧谷坡顶和坡脚的风速脉动特征进行分析。结果表明:1坡顶除在0.25 m高度受地表植被和沙粒的跃移运动影响外,风速脉动值和强度都随着距地表高度的增加而逐渐加大,其最大脉动值超过4.00 m·s-1,风速脉动相对值(阵性度)基本稳定;2背风坡脚因谷坡地形突变产生的"二次流",使风速脉动值和相对值都不稳定,脉动强度随着距地表高度的增加而逐渐加大,其最大脉动值超过3.00 m·s-1;3背风坡顶和坡脚各自高度的风速脉动频率具有一致性,但脉动频率不稳定,无明显周期性。坡顶的风速脉动值和强度都大于背风坡脚,但风速脉动相对值小于背风坡脚。

晴天和沙尘天气下沙漠绿洲过渡带近地表风速脉动特征

以敦煌黑山嘴沙漠绿洲过渡带为例,利用可移动梯度风测量系统,获取晴天和沙尘暴天气过程中沙漠绿洲过渡带近地表风速脉动特征,研究沙尘天气对近地表风速脉动影响。结果表明:无论晴天或沙尘暴,相同测点各高度层脉动风速具有很好的相关性,相邻高度脉动风速的相关性更加显著,脉动风速的波动范围与高度和风速呈正比。沿沙漠至绿洲方向,晴天环境下脉动强度先增大后减小,沙尘暴环境下脉动强度逐渐减小。沙尘暴和晴天环境下脉动风速的变化规律相近,但沙尘暴环境下风向相关性更加显著,风速脉动强度更大。风速与脉动强度呈正相关,沙尘对脉动强度产生一定抑制作用。

库布齐沙漠生态光伏电站风速脉动特征

研究沙区光伏电板扰动下风速脉动特征,掌握光伏电站风蚀沙埋规律。本文选取生态光伏电站内2个断面,对电板阵列板下、板前以及板间等典型部位20、50、80、100、200 cm的5个高度风速进行测定,分析光伏电站的风速流场、脉动特征。研究结果表明:①光伏电板上风向边缘风速最大,经过阵列逐渐减弱,光伏电场阵列腹部风速明显降低,尤其在近地表层,相比电板阵列腹部平均风速,板下、板前、板间20 cm平均风速增加了44.7%、54.8%和7.2%。②光伏电板上风向3处风速脉动、风速脉动强度表现为随高度增加呈先降低后增加的趋势,腹部电板随高度的增加呈降低趋势,其中20~80 cm湍流度最为剧烈;与对照相比,光伏电板上风向边缘处湍流度在板下、板前位置随高度呈增强趋势。③光伏电板周围的风速脉动是形成板下和板前涡流的主要动力,进而造成光伏基座掏蚀与板间积沙带的发育。

戈壁地表野外风速脉动特征

【目的】探究戈壁地表野外风场不同高度风速脉动特征,为进一步湍流情况下风蚀研究奠定基础。【方法】2015年春季在新疆卡拉贝利工程区实测了戈壁地表不同高度瞬时风速,利用统计学方法(标准差、曲线估计等)从风速脉动和脉动强度、湍流度,以及三者与风速之间的关系等角度分析戈壁地表风速脉动特征。【结果】不同高度的瞬时风速和风速脉动在时间序列上变化非常复杂,但变化趋势一致。大风时段(0~50 min),风速脉动幅度非常大,最大接近6 m/s,但90%以上集中在|0~3|m/s。风速脉动幅度随风速增强而增大,随距地表高度增加而增大。风速脉动概率分布符合高斯分布。不同高度的风速脉动强度与风速均呈一元线性关系,风速越大,风速脉动强度越大。风速脉动强度最大值2.41 m/s。在距地表0~2 m高度内,湍流度在0.14~0.21之间变化,平均约为017,湍流强度较高,此高度内湍流度与高度、平均风速无明显关系。【结论】戈壁地表风速脉动具有非平稳性,随风速增强而增大,尤其是大风天气下研究风蚀不能忽略风速的脉动性。

不同天气条件下近地层风速脉动特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地-塔中地区的风速、风向观测资料,分析晴天、沙尘暴和扬沙天气条件下不同高度平均风速、风速脉动和风向脉动特征,探讨沙尘天气对近地层风速和风向脉动的影响。结果表明:①3种天气条件下,地表0. 5 m以上各高度层的脉动风速具有较好的相关性,且相邻高度脉动风速的相关性更加显著,相关系数均大于0. 68;脉动风速的波动范围与高度呈正比例关系。②随着高度的增加,沙尘暴和扬沙天气条件下的风速脉动强度呈增大趋势,而晴天时则是先增大后减小;风速脉动强度在沙尘暴天气时最大,扬沙天气次之,晴天最小;不同天气条件下2 m高度范围内风速脉动强度的增长速度大于2～10 m高度。③不同天气条件下风向脉动幅度均较小,且基本不随高度的改变而变化。

台风湍流积分尺度与脉动风速谱——基于实测数据的分析

基于4个台风过程中的长时间序列风速、风方向观测数据,分析研究了近地台风的湍流积分尺度和脉动风速谱等脉动特性。介绍了湍流积分尺度的几种常见的计算方法,基于实测台风数据,分析研究了台风过程中湍流积分尺度的变化以及不同计算方法的稳定性。根据实测数据计算了纵向脉动风速谱,并与Von-Karm an谱、Davenport谱、S im iu谱和Harris谱等经验谱进行了比较,给出了最适合描述台风纵向脉动风速谱的经验谱。还计算了横向脉动风速功率谱,并与基于各向同性湍流理论推导出的水平横向脉动风速谱进行了对比。

基于自回归法的风电场脉动风速模拟

脉动风速模型主要反映脉动风速的位置分布和时间变化特性,其对整个风力发电机组与电网的运行状态有重要影响,是风力发电仿真研究的基础。文中根据风力发电机的结构特点与脉动风的特性,利用自回归法建立了具有一定功率谱密度特性的脉动风速模型,利用Matlab进行了仿真模拟。仿真结果表明:在工程精度范围内,文中风速模型较好地反映了脉动风的特性,满足了工程应用要求。