风速风向季节三维联合分布的平均风统计分析

１ 实 用 的 平 均风 风 速 分 布 模型
目前对风速的极值分布概型研究较多 ， 成熟的 三种 极值 分 别 为 Ｇ ｕ ｍｂ ｅ １ 分布（ 极值 Ｉ 型） 、 Ｆ ｒ ｅ ｃ ｈ ｅ ｔ 分布（ 极值 Ｉ Ｉ 型） 和 Ｗｅ ｉ ｂ ｕ ｌ １ 分布（ 极值 Ｉ Ｉ Ｉ 型） ， 本 文 着重 研究 对平 均 风 的统 计 分 析 ， 而 非 最 大风 速 ， 以上的分布模型不能直接参考． 这里参考风电领域 里 对风 能 的评价 采用 的方法 ， 因为风 能本身是 一种 对 风 的平均 效应 的综 合 考虑 ． Ｃ ． Ｇ ． Ｊ ｕ ｓ ｔ ｕ ｓ 等 基 于 对风能评估 的考虑 ， 对平均风 的分布 同样也采用 Ｗｅ ｉ ｂ ｕ ｌ １ 分布 ：
Ｖｏ ｌ ＿ ３ ｌ Ｎｏ ． ２
Ｍａ ｌ ＂ ． ２ ０１ ３
文章编 号 ： １ ０ ０ ８—１ ４ ０ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２—０ ２ １ １一 Ｏ ３
风 速风 向季 节 三 维联 合分 布 的 平 均风 统计 分 析①
王 斌
（ 同济大学 。 上海 ２ ０ ０ ９ ２）
合概率密度函数值 ， 然后用曲线拟合的方法得到每 个风 向下风速的概率密度 函数表达式． Ｇ ｅ 等 ’ ４ 在
对 上海地 区 的平 均 风 特 性 进 行研 究 时 提 出 了描 述 风 速风 向的独 立参 数联合 分 布概 率模 型 ， 该模 型优
点是概率模型得到 了检验 ． 杨 咏昕等－ ５ 提 出的联
目前 考虑 风速 风 向联合作 用 最 为常用 的方 法 ， 顾 明 等 根据上 海 地 区详 尽 的 风 速 风 向实 测 资 料 ， 首 先利 用统 计方 法计 算 出本 地 区离 散 的 风 速风 向联
Ｐ （ Ｕ＜ ）＝１ 一 ｅ ｘ ｐ ｌ —ｌ 、 ÷ Ａ， ｌ ｌ
（ １ ）
摘 要： 由于 目前结构设计 中对季风的考虑欠缺 ， 本文提 出风速风向季节的三维联合分布的平 均风统 计分析 方 法． 通 过借 鉴 风 电领域 里成 熟的 平均风模 型 ， 基 于最 小二 乘 法原理 并应 用谐 波函 数拟合方法， 对上海地 区的平均风按季节划分进行 了统计分析 ， 解释 了考虑风速风 向季节三维联 合 分布 的 必要 性 ， 进 一步 完善 结构 抗风设 计 中对风 荷 载的计 算． 关键词 ： 风速风 向季节三维联合分布 ； 平均风 ； 季风； 统计分析
除 了与风速风 向有关 ， 还与时间有关． 考虑到计算 的非线性效应 ， 一个确定 的风速风向出现在不同时 间， 产生的效应可能相差很大 ， 尤其是一些季风效 应明显的区域． 在我 国， 除了新疆 的全部 ， 西藏青海
的大部分 及其 他西 部省 市 的一小 部分 外 ， 绝大 多数
省 市均 为季风 区 ， 于是 季节对 风 速风 向 的影 响不容
并认为其合理性不仅在于它有两个参数 Ａ （ 尺 度 参数 ）和 ｋ （ 形状 参数 ） ，比瑞利 分布 只有一个 参 数要更加灵活和精确 ， 同时实践证 明对广泛的数据 拟合时都表现出更好 的适用性． 中国气象科学研究 院分别在 ２ ０世纪 ８ Ｏ年代和 ９ Ｏ年代开展了 ２次风 能资 源普 查 Ｊ ， 均 是 采 用 对 气 象 站 历 史 测 风 资 料 的统计分析 ， 计算各气象站平均风速 ， Ｗｅ ｉ ｂ ｕ ｌ ｌ 参数 等风能参数． 所以本文采用 Ｗｅ ｉ ｂ ｕ ｌ １ 分布具有一定 的参考 价值 ． 基于以上分析 ， 本文要做的风速风向季节的三
合分 布概 型反 映 了风速 和风 向 的联合 分 布作用 ， 其
分布函数是由风向频度 函数和各风向下风速分布 函数 组 成 的． Ｘ ｕ等 进 一 步 假 定 风 向 出 现 的 频 率以及分布函数参数在圆周上的变化可 以用谐波
① 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ３— ０ ８
第３ １ 卷 第 ２期
２ ０ １ ３ 年 ０ ３月
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｍ ｕ ｓ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
中图分 类号 ： Ｔ Ｕ １ １ ９ ． ２ ｌ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
在研 究桥 梁及 建筑 结构 作用 的风致作 用 时 ， 有 时 需要进 行 时域分 析 ， 这 时 的平 均风对 结 构 的作 用
函数来拟合 ， 从而得到任何风向区间的风速风向联
合 分 布 函数 ． 本 文将 在 结合此 前平 均风 风速风 向统 计 分析 方法 的基 础 上 ， 进 一步 确定 考虑 季节影 响 的 风 速 风 向联 合分 布 ， 即 风速风 向季节三 维联合分 布 的平 均风统 计分 析 ．
ｒ ， ． 、 １
忽视 ， 而现有的桥梁及建筑结构抗风研究却没有对
季 节 因素的影 响进 行细 致 的分析 ．
单纯考虑风速风 向联合作用影 响的统计分析
方法， 主要 有平 稳 随 机 过 程法 、 最 大 风 向系数 法 和
联合分布概型方法…． 其 中， 联合分布概型方法是
作者 简介 ： 王斌 （ １ ９ ８ ７一 ） ， 男， 山东潍坊人 ， 同济大学攻读工学硕士学位 ， 研究 桥梁抗风方向
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佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 科 学 版 ）
一
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维联合分布的平均风统计分析主要分为三个步骤 ： １ ） 对给定季节的给定风向区间的平均风风速进行 Ｗｅ ｉ ｂ ｕ ｌ ｌ 拟合 ； ２ ） 用谐 波函数拟合给定 季节的风 向 区间间隔 的频 度 函数 ， （ ０ ）以及 Ｗｅ ｉ ｂ ｕ ｌ １ 分 布 的参 数ｋ （ ）和 Ａ （ ） ； ３ ） 整合 四个 季 节 的 风 向风 速 联 合分 布．