风能资源讲稿薛桁

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1、风能资源薛桁中国气象科学研究院1、风的形成1.1地球上的风1.2地球上的环流1.3我国天气气候2、风的特征2.1近地层风的特性2.2平均风速2.3脉动风特性2.4灾害性大风2.5地貌、地形对风特性的影响3、风的测量3.1测风项目3.2测风设备3.3测风方法3.4测风数据的验证与处理4、风能资源4.1风能资源的计算4.2风能资源的调查4.3风能资源的分布风能资源1、风的形成1.1地球上的风风——空气的流动现象。气象学中指空气相对于地面的水平运动。风是一个矢量，用风向和风速表示。风向——指风的来向。我国风向观测用十六个方位表示，实际测风报告中还常用0-360°范围内的数字表示风向。风速

2、——单位时间内空气移动的距离。气象上对风速还作以下定义：（1）平均风速，相应于有限时段，通常指二分钟或十分钟的平均情况。（2）瞬时风速，相应于无限小的时段。（3）最大风速，指在给定的时间段或某个期间里面，平均风速中的最大值。（4）极大风速，指在给定的时间段内，瞬时风速的最大值。风向示意图风速的法定单位和几种常用单位的换算。单位米·秒-1海里·时-1千米·时-1英尺·秒-1英里·时-11米·秒-111.9438443.6003.280842.236941海里·时-10.5144411.8521.68780991.15077951千米·时-10.2780.5399610.9113444

3、0.621369951英尺·秒-10.30480.5924841.0972810.6818181英里·时-10.447040.8689761.46666711.1地球上的风1.1.1地转风定义：自由大气中，气块作水平匀速直线运动时的风。此时，水平气压梯度力与水平地转偏向力（科里奥利力）平衡下，空气所产生的水平运动。在等高面上，地转风可写成：式中Vg为地转风，ρ是该高度空气的密度，P是该高度的气压场分布，▽hP即水平气压梯度，f是科里奥科参数，f=2ωsinΦ，其中ω与地球自转角速度，Φ为地理纬度，K是垂直方向的单位向量。1.1地球上的风地转风的方向与等压线平行，在北半球背风而立，高

4、压在右，低压在左，南半球则相反。地转风的大小与气压梯度成正比，但与空气密度和科里奥利参数成反比。地转风关系揭示了风场与气压场之间最简单也是最基本的关系,在自由大气中实际风与地转风十分接近，因此在实际应用上都常把地转风作为实际风的近似。dsVgG1.1地球上的风1.1.1地转风1.1.2梯度风定义：在无摩擦力时，在弯曲等压线型式下，水平气压梯度力、水平科里奥利力、离心力三者平衡时，空气的水平运动所形成的风。风向与等压线相切，在北半球，人背风而立，低压在左，高压在右。南半球相反。即在北半球，由低气压系统形成的气旋性风总是反时针方向旋转的，由高压系统形成的反气旋风总是顺时针方向旋转的。1

5、.1地球上的风梯度风公式：在低压区：在高压区：式中f为科里奥得参数，为气旋或反气旋的曲率半径，是法线方向的气压梯度。1.1地球上的风1.1.2梯度风理论上说，梯度风应更接近于实际风，但在作实际计算时由于惯性离心力很小很难计算，因此往往误差很大，有时还不如地转风近似好，一般只在讨论热带气旋等系统时应用。1.1地球上的风1.1.2梯度风1.1.3梯度风方程水平气压梯度力、水平科里奥利力和离心力三者平衡下的空气运动方程：其中VG是梯度风，是曲率半径，是法线方向的气压梯度。当空气团运动轨迹的曲率较大，风速也较大的时候，科里奥利力比气压梯度力和离心力小，可以略去，梯度风方程变成旋衡风方程，即

6、1.1地球上的风1.1.3梯度风方程即旋衡风，如龙卷风。当水平气压场是均匀的，梯度风方程变成惯性风方程，即为惯性风1.1地球上的风1.1.3梯度风方程1.1.4摩擦风在行星边界层中（旋转地球大气的湍流边界层，相当于地表至1-1.5公里高的浅薄大气层），由摩擦力而产生的非地转风。摩擦风是气压梯度力、摩擦力或气压梯度力、摩擦力、科里奥利力平衡下的运动。摩擦风特性（见第2节）1.1地球上的风1.2.1大气环流风在地表上形成的根本原因是太阳能量的传输，由于地球是一个球体，太阳光辐射到地球上的能量随纬度不同而有差异，赤道的低纬度地区受热量最多，极地和高纬度地受热量少，因而造成太阳对地球表面的

7、不均匀加热，从而导致地面上空大规模的大气运动，也即总的大气环流。假设地球不发生自转，由于极地与赤道间的温差，赤道温度高的空气将上升高层流向极地，极地附近大气则因冷却收缩下沉，在低空受指向低纬度的气压梯度力的作用，流向低纬，便形成了一个全球性的南北向环流。（图1）1.2地球上的环流图1由于太阳辐射差异产生的赤道与极地之间的大气环流状况1.2地球上的环流1.2.1大气环流(续)实际上由于地球自转，会产生一个称为科里奥利力的地转偏向力,在北半球总是对流动的空气产生向右偏的地