号-9100034sectorswhichinfluencewindshearChenmoZhongnengPower-TechDevelopmentCo,.Ltd,-9,NorthAvenueFuchengmenXichengdistrict,BeijingABSTRACT：Thewindshearreflectvariousspeeddifferentheight,windsheargiveswindspeeddifferentheight,somesectorsgroundroughness,landscape,temperature,windspeedwinddirection.articleanalyserelationshipbetweenwindshearsectorswhichpointedout.Keywordwindshear;windspeed;roughness;landscape;temperature;winddirection.摘要：风切变是由于不同高度的风速不同而造成的，风切变指数大小反映风速随高度变化的程度，风切变与地表粗糙度、地形、温度、风速大小和风向等因素有关系，本文分析每项因素对风切变的影响情风向。
一、引言目前，在风力发电中，风能资源的利用，分析风在不同高度的变化对于考察叶片受力和确定机舱仰角都有很重要的意义。变反映风速在垂直于风向平面内的变化。随着距离地面高度的增加，风速有所变化。本文主要关注不同高度的水平方向风速。中能电力科技开发有限公司，负责龙源电力集团风资源数据统计分析，是龙源集团风资源数据库的建设中心。本文在超过一千座测风塔中，选择不同地区，不同地形下较为典型的测风塔，分析风切变指数和地表粗糙度、地形、温度、风速大小、风向之间的关系。二、测风塔选择本文选择若干个测风塔进行分析，这些测风塔包含了不同的地形、地貌，不同的风成因，不同的气候特征。为了具备可比性，这些塔的塔高均选用70米。以下为选用各塔的基本情况。本文所采用的风切变指数计算公式为：主要集中在10～150米之间近地层的高度以lg(度处，风速不同。一般风速是随着垂直高度的增加而增强，只有离地面300m以上的高空才不受其影响。由于不同高度风速不同，风机叶片在轮毂高度以上和轮毂高度以下的受力不同，叶片受力周期性的变化。因此，的风速，m/s。本文所用的各塔，均为个高度，每两个高度之间有一个风切变值，5个高度一共10个。
本文所用的风切变，如无特殊说明，均为这10个风切变值的平均值。本文通过以上测风塔的分析，探寻风切变与地表粗糙度、地形、温度、风速大小、风向之间的关系。三、风切变指数和各种因素的关系3.1风切变与地表粗糙度的关系在相同的风速、地形情况下，地表粗糙度较大的塔，风切变指数较大。地表粗糙度反映当地地表微观起伏情况，当地的植被或建筑对粗糙度影响较大。一般来说，高楼林立的城市地带粗糙度较大，其次是林地，再次是有矮树或者灌木的地表风切变什么意思，接着是平坦的草原、戈壁等，静止水面粗糙度最小。本文将若干测风塔分为三种粗糙度，它们的地表典型特征为：粗糙度最小的是草原和戈壁，粗糙度中等大小的为矮树和灌木地表，粗糙度最大的是林地、海边林地。3-1显示了三种不同地表粗糙度下的各塔风切变指数。指数较小，粗糙度大的地方，风切变指数较3.2风切变与地形的关系风切变指数随地形变化而变化，本文通过考察不同地形下各测风塔风切变大小，分析地形对风切变的影响。在地形平坦的情况下，风切变指数较小；地形复杂的情况下，风切变指数较大。本文对若干个塔进行年平均风速的风切变指数计算。单个测风塔风切变指数的计算方法是，计算出该测风塔各高度年平均风速，然后根据高度和风速计算风切变指数，这种计算方法不能反映单个测风塔在不同时刻风切变的变化情况，可以反映一年之内风速在不同高度的分布情况。
根据地形，这些塔可以分为海边、山地、丘陵、平坦地形四种基本情况。3-2是一些实际的测风塔一年风切变情况图。3-2不同地形的风切变指数分布情况图3-2所用各塔地形和风切变指数如表3-1所示3-1不同粗糙度地表的风切变指数3-1中，深蓝色点是在林地地区四个测风塔一年的风切变指数，粉红色点是在有矮树、灌木地区四个测风塔一年的风切变指数。黄色点是位于草原和戈壁的五个测风塔一年的风切变指数。从该图可以看出风切变指数随粗糙度增大而增大。由于地表对来流的边界层影响较大，粗糙度较大的地表粘滞效应较大，边界层较厚，能够影响到较高的地方。粗糙度小的地表粘滞效应较小，边界层较薄，能够影响到的高度较低。因此粗糙度小的地方，风切变3-1不同地形下各测风塔年风切变指数不同地形风切变指数0.40.350.30.250.20.150.10.05海边山地丘陵平坦地形不同粗糙度地表风切变0.40.350.30.250.20.150.10.05林地矮树、灌木草原、戈壁海边3-2可以看出，海边风切变最大，其次为山地，再次为丘陵地形，平坦地形的风切变值最小。海边测风塔风切变较大，对海边测风塔影响较大的风主要是海陆风，其中海风影响更为显著，多数情况下，海风登陆，由原来较为平坦的平面，突变到有高差变化的地面，气流被抬升，遇到复杂的地形，气流发生扰动，各不同高层的风相互穿插流动剧烈，风速随高度的分布并不符合规则的指数规律。
台风登陆时，风速分布更加不规则，所以造成海边风切变较大。山地起伏较大，但气流没有像海边那样的地表起伏突变，地形起伏幅度较大使得风速随高度变化较大，因此风切变也相对较大。丘陵地区地形起伏比山地小，气流受到抬升和挤压的效应没有山地明显，故而风切变相对山地较小。平坦地形，地形几乎无波动，气流受地形影响较少，各不同高层的风相互穿插流动较少，风速在不同高度的分布较稳定，故风切变值较小。3.3风切变与温度的关系本文通过计算发现，昼夜温度的变化对风切变也有影响。图3-3～3-5显示一昼夜温度和风切变指数的变化。某一时刻的温度值和风切变值，是用一年内每天该时刻的温度和风切变值进行平均计算得到。以下是一年内，各测风塔日均温度和风切变指数变化趋势图片3-30001塔风切变和日均温度变化图3-40005塔风切变和日均温度变化图3-50009塔风切变和日均温度变化图由以上各图可以得到这样的规律：风切变指数和温度呈严格相反方向变动。在一日之内，风切变指数大小和温度高低呈相反方向变动，即，当温度较低时，风切变指数较大，而温度较高时，风切变指数较小。白天温度较高，风切变较小，晚上温度较低，风切变较大。夜晚地面温度降低，冷空气密度较大，沉降到地面附近，气流流动较小；上层空气密度较小，气流流动相对大。
上下空气流动速度相差较大，因此晚上风切变较大。白天，太阳照射地面，使得地面温度升高，上下空气流动较为活跃，流动速度相差 较小，因此白天风切变较小。 3.4 风切变与风速大小的关系 风切变指数与风速大小存在一定的相 关关系。从测风塔一年风速统计来看，风切 变随风速增大而增大，但是到了某一个风速 值之后，风切变指数开始减小。在风速较大 的情况下，风切变指数较小。 本节所采用的风切变指数是每十分钟 的风切变，针对每一个风速区间，例如大于 等于 3m/s，小于 4m/s 的风速定义为 3m/s 速区间。将同一风速区间各时刻风切变指数进行平均，得到每一个风速区间的风切变指 3-6～图3-8 显示各塔风切变随风速变 化趋势。 3-60002 塔风切变与风速关系图 3-70006 塔风切变与风速关系图 3-80008 塔风切变与风速关系图 由以上各图可以看出：各塔的风切变随 风速升高而增大，但到达最大值之后，开始 减小，在风速较大的情况下，风切变较小。 分析风切变发生这种变化的原因可知， 地面的粘滞效应相对风速本身已经作用不大， 上下层风速相差不大，所以风切变减 3.5风切变与风向的关系 本文对风切变指数和风向的关系进行 一定的分析，取 3－25m/s 之间风速为有效 风速。
从以下各塔的基本情况可以看出，在 主导风向的方向上，风切变指数相对较小， 而在非主导风向方向上，风切变指数会有较 大的值。主导风向的风切变指数影响全部风 切变指数，一般来说，海边测风塔的风切变 值大于内陆测风塔风切变值。 风切变指数分布图 风向分布图 3-90003 塔风向与风速关系图 风切变指数分布图 风向分布图 3-100010 塔风向与风速关系图 风切变指数分布图 风向分布图 3-110013 塔风向与风速关系图 由以上各图可以看出风切变什么意思，在主导风向处， 风切变一般很小。因为多数强风均发生在主 导风向，而由上一节的结论可以看出，大风 速风切变相对小一些，而非主导风向风速小 风和中等风较多，风切变相对大一些。 四、总结 本文主要分析了近地层 10～70 米范围 内，风切变和地面粗糙度、地形、温度、风 速、风向之间的关系。从分析数据可以得到 这样的结论：表面粗糙度较大的地方，风切 变值较大；地形起伏较大或者较为复杂的地 方，风切变较大；一昼夜内，风切变变化和 温度变化趋势正好相反；风切变值随风速增 大，先是逐渐增大，但是等到一定值之后， 又逐渐减小；在主导风向，风切变值相对其 它风向的风切变值较小。
致谢 感谢中能电力科技开发有限公司对本文提供的 宝贵数据资料，感谢公司风电前期部各位同事对本 文的宝贵意见、建议。 参考文献 中华人民共和国国家标准.GB/T18710－2002, 风电场风 能资源评估方 中华人民共和国国家标准.GB/T18709－2002, 风电场风 能资源测量方 国家发展和改革委员会.风电场风能资源测量和评估技 术规定. 中国风能资源评估（2009），气象出版社.作者简介 陈默（1982-），男，安徽宿州人，硕士研究生，工程师，研究 方向为风资源分析
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