第七章 大气边界层内风特性

短草区
0.008-0.03
7.3 平均风速随高度变化
指数律分布 用指数律分布计算风速廓线时比较简便，因此，目前多 数国家采用经验的指数律分布来描述近地层中平均风速随高 度的变化，我国的建筑规范也采用指数律分布
式中
——离地高度z处的平均风速； ——离地参考高度zs处的平均风速； a ——风速廓线指数。
平均风速的概率密度曲线p（x）（风频f与平均风速的关系） 不同平均风速累积的小时数占全年总时数的百分比。 累积分布函数P(x) ，可用来描述平均风速的累积分布 描述的是一年中大于某个风速的小时数
7.4 平均风速随时间变化
威布尔分布
式中c 和k可以通过引入Gamma函数 ，由平均风速 标准差 来进行计算，即
式中 ——离地高度z处的平均风速； ——摩擦速度； ——卡门（Karman）常数，一般近似取0.4； z0 ——地表面粗糙长度。
7.3 平均风速随高度变化
不同地表面状态下的粗糙度
地形 海平面 沙漠 平坦雪地 粗糙冰地 未耕种区域 （m） ~0.0002 0.0002-0.0005 0.0001-0.0007 0.001-0.012 0.001-0.004 地形 长草区 低农作物区域 高农作物区域 树木 城镇 （m） 0.02-0.06 0.04-0.09 0.12-0.18 0.8-1.6 0.7-1.5
结构gou
底层和下部摩擦层总称为地表层或地面边界层，三个区域 总称为摩擦层或大气边界层，再往上就进入了地面摩擦不起作 用的“自由大气层” ，再往上就进入了地面摩擦不起作用的“ 自由大气层”
7.3 平均风速随高度变化
风剪切或风速廓线，风速廓线可采用对数律分布或指数 wenku.baidu.com分布
对数律分布
在离地高度100m内的表面层中，可以忽略剪切应力的变化， 这时，风速廓线可采用普朗特（Prandtl）对数律分布来表 示，
7.3 平均风速随高度变化
风速廓线指数a 值与地表面粗糙度有关： 对近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取a = 0.12； 对田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中 小城镇和大城市郊区，取a = 0.16； 对有密集建筑群的城市市区，取a = 0.20； 对有密集建筑群且建筑物较高的城市市区，取a = 0.30。
第7章 大气边界层风特性
7.1 风的形成
7.2 大气边界层
7.3 平均风速随高度变化
7.4 平均风速随时间变化
7.1 风的形成
• 由于地球自转太阳热辐射不均所引起的空氣循环流动。太
阳将地表的空气加温，空气受热膨胀变轻上升,热空气上升 冷空气橫向进入，再次因为加溫而上升，从而造成空气的 流动，于是风诞生了。
7.4 平均风速随时间变化
在大气边界层中，平均风速随时间发生变化，不同的 地区变化不同，但有一定的规律性
平均风速日变化
在大气边界层中，平均风速有明显的日变化规律
在低层，最大值出现在午后，最小值出现在夜间或清晨 在高层则相反，最大值出现在清晨或夜间，最小值出现在 午后。 每个地区日平均风速随时间的变化虽有一定的规律，但是 各个地区的变化规律不尽相同，很难找出普适性的规律
与其
瑞利分布
是威布尔分布在k = 2时的一个特例
7.4 平均风速随时间变化
7.4 平均风速随时间变化
• 风向变化
在极坐标底图上点绘出的某一地区在某一时段内各风向出现的 频率或各风向的平均风速的统计图。前者为“风向玫瑰图”，后者为 “风速玫瑰图”。因图形似玫瑰花朵，故名。在风向玫瑰图中，频率 最大的方位，表示该风向出现次数最多。 最常见的风玫瑰图是一个 圆，圆上引出16条放射线，它们代表16个不同的方向，每条直线的长 度与这个方向的风的频度成正比。静风的频度放在中间。有些风玫瑰 图上还指示出了各风向的风速范围。
7.4 平均风速随时间变化
平均风速月变化 有些地区，在一个月中，有时也会发生周期为1天至几 天的平均风速变化。其原因是热带气旋和热带波动的影响 所造成的
在一个月中平均风速变化有几个不同的时间周期，但 每10天左右有一次强风是很显著
7.4 平均风速随时间变化
平均风速季度变化


平均风速随季度变化的大小取决于纬度和地貌特征，通 常在北半球中高纬度大陆地区，由于冬季有利于高压生 成，夏季有利于低压生成，因此,冬季平均风速要大一些， 夏季平均风速要小一些。 我国大部分地区，最大风速多在春季的三、四月，而 最小风速则多在夏季的七、八月。
7.1 风的形成
7.2 大气边界层
风吹过地面时，由于地面上各种粗糙元（草地、庄稼、树林、建筑物等）的作用，会对风的 运动产生摩擦阻力， 使风的能量减少并导致风速减小。 减小的程度随离地面高度增加而降低， 直至达到某一高度时，其影响就可以忽略。这一层受到地球表面摩擦阻力影响的大气层称为 “大气边界层”