Профиль ветра

Профиль логарифмического ветра представляет собой полуэмпирическое соотношение, обычно используемое для описания вертикального распределения средних горизонтальных скоростей ветра в самой нижней части планетарного пограничного слоя . Эта связь хорошо описана в литературе. ^[1]

Логарифмический профиль скорости ветра обычно ограничивается нижними 100 м атмосферы (т. е. поверхностным слоем пограничного слоя атмосферы ). Остальная часть атмосферы состоит из оставшейся части планетарного пограничного слоя (около 1000 м) и тропосферы или свободной атмосферы. В свободной атмосфере следует использовать геострофические ветровые зависимости.

Определение

Уравнение для оценки средней скорости ветра ( $u_{z}$ ) на высоте $z$ (метров) над землей составляет:

$u_{z}={\frac {u_{*}}{\kappa }}\left[\ln \left({\frac {z-d}{z_{0}}}\right)+\psi (z,z_{0},L)\right]$

где $u_{*}$ — скорость трения (мс ⁻¹), $\kappa$ - постоянная фон Кармана (~ 0,41), $d$ - смещение нулевой плоскости (в метрах), $z_{0}$ - шероховатость поверхности (в метрах), а $\psi$ представляет собой термин стабильности , где $L$ — длина Обухова из теории подобия Монина-Обухова . В нейтральной стабильности условиях $z/L=0$ и $\psi$ выпадает, и уравнение упрощается до:

$u_{z}={\frac {u_{*}}{\kappa }}\left[\ln \left({\frac {z-d}{z_{0}}}\right)\right]$ .

Смещение нулевой плоскости ( $d$ ) — высота в метрах над землей, на которой достигается нулевая средняя скорость ветра из-за препятствий потоку, таких как деревья или здания. Это смещение можно аппроксимировать как ²/ ₃ до ³/ ₄ средней высоты препятствий. ^[2] Например, при оценке ветров над пологом леса высотой 30 м смещение нулевой плоскости можно оценить как d = 20 м.

Длина шероховатости ( $z_{0}$ ) является корректирующей мерой, учитывающей влияние шероховатости поверхности на поток ветра. То есть значение длины неровности зависит от рельефа местности. Точное значение является субъективным, и ссылки указывают на диапазон значений, что затрудняет определение точных значений. В большинстве случаев ссылки представляют собой табличный формат со значением $z_{0}$ даны для определенных описаний местности. Например, для очень ровной местности (снег, пустыня) длина неровностей может находиться в пределах от 0,001 до 0,005 м. ^[2] Аналогично, для открытой местности (луга) типичный диапазон составляет 0,01–0,05 м. ^[2] Для пахотных земель и кустарников/лесов диапазоны составляют 0,1–0,25 м и 0,5–1,0 м соответственно. При оценке ветровых нагрузок на сооружения местность можно охарактеризовать как пригородную или плотную городскую, для чего обычно диапазоны составляют 0,1–0,5 м и 1–5 м соответственно. ^[2]

Чтобы оценить среднюю скорость ветра на одной высоте ( ${{z}_{2}}$ ) на основе этого в другом ( ${{z}_{1}}$ ), формула будет переписана, ^[2]

$u({{z}_{2}})=u({{z}_{1}}){\frac {\ln \left(({{z}_{2}}-d)/{{z}_{0}}\right)}{\ln \left(({{z}_{1}}-d)/{{z}_{0}}\right)}}$ ,

где $u({{z}_{1}})$ средняя скорость ветра на высоте ${{z}_{1}}$ .

Пределы

Логарифмический профиль ветра обычно считается более надежным показателем средней скорости ветра, чем степенной закон профиля ветра в самых нижних 10–20 м пограничного слоя планеты. На расстоянии от 20 до 100 м оба метода могут дать разумные прогнозы средней скорости ветра в нейтральных атмосферных условиях. На высоте от 100 м до верхней границы пограничного слоя атмосферы степенной закон дает более точные прогнозы средней скорости ветра (при условии нейтральных атмосферных условий). ^[3]

Обсужденное выше предположение о нейтральной стабильности атмосферы является разумным, когда среднечасовая скорость ветра на высоте 10 м превышает 10 м/с, где турбулентное перемешивание подавляет нестабильность атмосферы. ^[3]

Приложения

Каротажные профили ветра создаются и используются во многих моделях рассеивания атмосферных загрязнений . ^[4]

См. также

Ссылки

^ Оке, Т.Р. (1987). Климат пограничного слоя . Метуэн.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Холмс Джей Ди. Ветровая нагрузка конструкций. 3-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press; 2015.
^ Jump up to: ^а ^б Кук, Нью-Джерси (1985). Руководство проектировщика по ветровой нагрузке строительных конструкций: Часть 1 . Баттервортс.
^ Бейчок, Милтон Р. (2005). Основы рассеивания дымовых газов (4-е изд.). опубликовано автором. ISBN 0-9644588-0-2 .

[1] Оке, Т.Р. (1987). Климат пограничного слоя . Метуэн.

[Holmes2015-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Холмс Джей Ди. Ветровая нагрузка конструкций. 3-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press; 2015.

[Cook,_N.J._1985-3] Jump up to: ^а ^б Кук, Нью-Джерси (1985). Руководство проектировщика по ветровой нагрузке строительных конструкций: Часть 1 . Баттервортс.

[4] Бейчок, Милтон Р. (2005). Основы рассеивания дымовых газов (4-е изд.). опубликовано автором. ISBN 0-9644588-0-2 .

[1]

[2]

[3]

[4]