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《兰州大学》 2011年
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中国东部沿海测站环境改变对测风影响的研究

游立军  
【摘要】:随着经济的发展和人们对新能源的日益关注,跨海大桥、风电场、核电厂等大型工程项目在我国沿海不断开展。在这些工程的气候论证中,无一不涉及到确定参考气象站长年代风速序列的问题,然而,城市化、测站周边环境变化等人为因素干扰了长序列风速资料的正常波动。本文通过统计分析和CFD模拟试验,了解沿海风速的长期变化特点及变化原因,揭示建筑物对风速影响规律,探索受建筑物影响风速的订正方法,为长年代风速序列订正提供科学依据。 本文选取中国东部山东到福建沿海16个气象站1971年至2007年每日四次定时观测的风向风速资料及相关测站的观测环境状况评估资料。结合这两类资料,将东部沿海测站年平均风速变化情况分为三类:A类风速变化趋势不明显,风速变化倾向值为0.01至-0.01 ms~(-1)/(a),测站周边环境基本保持原始状态;B类风速呈平缓下降趋势,倾向值为-0.01至-0.03ms~(-1)/(a),周边障碍物影响不显著;C类风速呈明显下降趋势,倾向值为-0.03至-0.12 ms~(-1)/(a),障碍物影响显著。 分析环境对风速的影响得出:1)测站所在地较大范围下垫面的改变使各方位的风速均呈缓慢下降趋势;2)观测场周边某个方位上的障碍物导致受影响风向的风速显著变化。 统计分析表明,统计检验与测站环境变迁相结合,同时参考区域标准风速序列变化趋势,是C类测站长序列风速订正的一种有效方法。 使用计算流体力学方法(CFD)模拟东山站观测场北面建筑物对测风的影响,从理论上验证和解释了建筑物、风的入流角度对风速的影响:1)直对建筑物的风向(N、NNE)风速减小明显,模拟结果和建筑物出现后的5年平均风速较吻合。2)侧向(NNM、NE)风速减小不明显甚至会增大,模拟结果和实测风速略微偏差;3)风速在建筑物的迎风面和背风面均受到削弱,建筑物对风速的削弱在迎风面约5倍建筑物高度距离处基本上消失;在建筑物的背风面,风速衰减后恢复到原风速相应比例与下风方距离间呈对数关系。4)不同风速情形下,模拟结果和输入值之间呈线性关系,在此基础上建立了受建筑物影响较大的N、NNE风向下两者的关系式,可以用此关系式做风速订正。5)在竖直方向上,建筑物对风速的影响范围为建筑物本身高度以上6m以内。 利用模拟试验的结果对受建筑物影响的两个方位年平均风速进行订正,订正后受建筑物影响更大的N方位的线性倾向值由-0.022ms~(-1)/a变为0.011ms~(-1)/a,其变化趋势由B类变接近A类,消除了建筑物的影响;NNE方位的订正效果并不明显,表明订正偏离了建筑物主要影响方位的风速,不仅要考虑建筑物,还要考虑其他因素。 本文通过对观测环境和风速序列变化特点的分类,探讨了风速序列订正方法,利用CFD模拟得出建筑物对风速影响的定量分析结果,为台站观测环境保护、长序列风速资料的合理使用提供科学依据
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P412.16

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