Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов
Выявлены причины и характер влияния защищенности ветроизмерительных приборов на характеристики ветра, определена зависимость скорости ветра от закрытости горизонта, измеренной в угловых градусах, что дает возможность учитывать степень достоверности (репрезентативности) измерений характеристик ветра...
Saved in:
| Published in: | Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39699 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов / Н.И. Швень // Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист. — 2010. — Вип. 1. — С. 116-120. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859660539430436864 |
|---|---|
| author | Швень, Н.И. |
| author_facet | Швень, Н.И. |
| citation_txt | Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов / Н.И. Швень // Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист. — 2010. — Вип. 1. — С. 116-120. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист |
| description | Выявлены причины и характер влияния защищенности ветроизмерительных приборов на характеристики ветра, определена зависимость скорости ветра от закрытости горизонта, измеренной в угловых градусах, что дает возможность учитывать степень достоверности (репрезентативности) измерений характеристик ветра для окружающей местности.
Виявлені причини і характер впливу захищеності вітровимірювальних приладів на характеристики вітру, встановлена залежність швидкості вітру від закритості горизонту, виміряної в кутових градусах, що дає можливість враховувати ступінь достовірності (репрезентативності) вимірювань характеристик вітру для оточуючої місцевості.
The reasons and character of influence of local sheltering of wind instruments on wind speed are established. Is defined that speed of surface wind is varies with azimuth of obstacles measured in angular degrees, that gives the possibility to consider availability of measurements of wind speed and direction for surrounding district.
|
| first_indexed | 2025-11-30T09:51:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
116
УДК 551.501
Н.И. ШВЕНЬ
Центральная геофизическая обсерватория, г. Киев
ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ВЕТРА В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ ОТ
ЗАЩИЩЕННОСТИ ВЕТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Выявлены причины и характер влияния защищенности ветроизмерительних
приборов на характеристики ветра, определена зависимость скорости ветра от
закрытости горизонта, измеренной в угловых градусах, что дает возможность
учитывать степень достоверности (репрезентативности) измерений характеристик
ветра для окружающей местности.
Скорость ветра в свободной атмосфере значительно больше, чем у поверхности
земли. Вблизи поверхности земли или воды воздушные потоки тормозятся трением,
создаваемым неровностями подстилающей поверхности.
Теоретически считают, что на уровне мелких неровностей (трава и пр.) скорость
ветра равна нулю. С удалением от поверхности Земли эффект трения уменьшается и
скорость ветра возрастает, в приземном слое быстро, а затем все медленнее.
Распределение скорости ветра u в приземном слое атмосферы при безразличной
стратификации хорошо описывается логарифмической формулой.
01
0
0 lnln
lnln
zz
zz
uu
(1)
где: 0u – скорость ветра на высоте 1z =1 м, а 0z – так называемый параметр
шероховатости, или высота, на которой u = 0.
В действительности, как утверждается в [1], логарифмический профиль применим
только начиная с высоты в несколько 0z , а ниже этого уровня воздух подвергается
действию местных сил давления, возникающих около индивидуальных элементов
шероховатости. При больших значениях 0z (высокая трава, деревья) вводится высота
вытеснения d, т.е. уровень, от которого следует отсчитывать логарифмический профиль
ветра, и тогда в формуле 1 вместо z используют (z - d).
Фактический ветер внутри слоя шероховатости подчиняется другой
закономерности.
Интенсивностью турбулентности обычно называют отношение стандартного
отклонения пульсаций того или иного компонента вектора скорости к средней скорости
потока. При этом используют локальную скорость потока, тогда
zV
wvu
zTwvIu
,,
),,(,,
(2)
или же ее масштаб, т. е. скорость геострофического ветра; для практических применений
удобна скорость ветра на фиксированном уровне, например, на уровне
ветроизмерительного прибора.
Измерений турбулентности над сушей в сильно возмущенных условиях, как
отмечено в [1], крайне мало.
Как известно, время приспособления турбулентных образований к структуре
средних значений скорости ветра в средних условиях составляет 1 – 2 мин. Временной
масштаб существования фронтальной зоны имеет порядок суток, кучево-дождевого
облака – порядка часа; характерный масштаб эволюции средней структуры пограничного
117
слоя при оценке его через высоту и коэффициент турбулентного перемешивания – 2 – 10
ч. [1].
На климатической сети метеорологических станций в соответствии с [2],
измеряются такие характеристики ветра:
- средняя скорость ветра за 10 мин.;
- максимальная скорость ветра между сроками измерений;
- максимальная скорость ветра в срок (т. е. за те 10 мин., когда измеряется
средняя скорость);
- среднее направление ветра за 2 мин. при наблюдении по анеморумбометру М-
63М-1 или флюгеру и за 10 мин. при наблюдении по анемометру МАРК-60.
Стандартная высота установки датчиков ветра на открытой местности – 10 м.
Если на открытой местности датчик ветра не может быть установлен на
стандартной высоте, к скорости ветра, которая наблюдается на высоте, отличной от
стандартной, можно ввести поправки, чтобы получить оценку ветра на высоте 10 м над
уровнем земли. Для этого можно воспользоваться упрощенной формулой Хельмана [3],
которая учитывает в среднем изменение скорости ветра с высотой:
75,4log656,0233,010 hVVh (3)
где hV - скорость ветра на высоте h м и 10V – скорость ветра на высоте 10 м над
поверхностью земли.
Достоверность измеренных характеристик ветра очень сильно зависит от
защищенности метеостанций. Препятствия (строения, деревья), окружающие
ветроизмерительные приборы, могут значительно исказить как направление, так и
скорость ветра. Поэтому оценка защищенности метеорологической станции является
одним их наиболее важных элементов оценки репрезентативности станции для измерения
характеристик ветра.
Защищенной считается площадка, окруженная препятствиями, расположенными на
расстояниях, меньших, чем 10-кратная их высота (закрытость горизонта более 7
градусов).
Закрытость горизонта определяется из центра метеоплощадки при помощи
эклиметра (или другого инструмента, дающего возможность измерять вертикальные углы
с точностью около 1 градуса) по 16 румбам.
Открытой считается площадка в тех случаях, когда препятствия расположены
дальше, чем 20-кратная их высота, а закрытость горизонта не более 3 градуса.
Расчеты, проведенные нами по материалам наблюдений метеорологических
станций Украины за 1990 г., показали, что коэффициент корреляции между средней
скоростью ветра и закрытостью горизонта в среднем по сети составляет – 0,51. Исключив
станции, на которых сказывается влияние фактора орографии, получили коэффициент
корреляции –0,69 [4], который можно считать достаточно значимым.
Полученная нами зависимость скорости ветра от закрытости горизонта
представлена на рис.1.
Для получения более надежного количественного выражения зависимости средней
скорости ветра от защищенности метеорологической площадки нами были подобраны
две пары станций, находящиеся на небольших (до 40 – 50 км) расстояниях друг от друга.
Причем контрольная пара станций (Смела – Черкассы) расположена в условиях открытой
местности, а во второй паре (Белая Церковь – Фастов) станция Белая Церковь находится
в условиях открытой, а Фастов – защищенной местности.
Была выбрана средняя годовая скорость ветра по 16-ми румбам за 2000-2002 гг.,
найден коэффициент изменения скорости ветра в зависимости от закрытости горизонта
по каждому румбу (Кз) как отношение скорости ветра на открытой станции к скорости
118
ветра на защищенной станции, и разность защищенности на двух станциях по
соответствующим румбам.
y = 0.0001x4 - 0.0053x3 + 0.0772x2 - 0.6225x + 4.5737
R2 = 0.4602
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Закрытость горизонта, град
С
ко
ро
ст
ь
ве
тр
а,
м
/с
Рис.1. График зависимости скорости ветра от закрытости горизонта
Был рассчитан коэффициент корреляции между закрытостью горизонта и
коэффициентом Кз, который составил за 2000, 2001 и 2002 гг. соответственно 0,82, 0,79 и
0,93. Таким образом, учитывая отличия в скорости ветра в зависимости от румба,
получаем более тесную зависимость скорости ветра и защищенности. Полученные
результаты представлены на рис. 2.
y = 0.0504x + 1.1133
R2 = 0.6749
y = 0.0473x + 0.7692
R2 = 0.8346
y = 0.039x + 0.9065
R2 = 0.6231
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 5 10 15 20 25 30 35
Закрытость горизонта,град.
Кз
2000г.
2001г.
2002г.
Линейный (2000г.)
Линейный (2002г.)
Линейный (2001г.)
Рис. 2. Зависимость коэффициента изменения скорости ветра от закрытости горизонта.
Характеристики наблюдаемого ветра должны быть репрезентативны для данной
местности (по крайней мере, на расстоянии нескольких километров). Данные о
направлении и скорости ветра, определяемые на метеостанциях на высоте 10 м над
119
подстилающей поверхностью, можно распространить лишь на участки территории,
сходные по местоположению с условиями метеорологической станции. Считается, что
режим равнинной территории отражает метеостанция, расположенная на открытом
ровном месте. Ее данные будут репрезентативны только для открытых ровных мест.
Если же станция находится на склоне холма, то распространять данные можно только на
аналогичные склоны соответствующей ориентировки.
Станций, защищенность которых определяется только рельефом, не так уж много. В
большинстве случаев на влияние форм рельефа накладывается влияние застройки,
древесной растительности и других препятствий в ближайшем окружении
метеорологической площадки [5].
Чтобы оценить влияние препятствий, окружающих метеорологическую площадку,
на интенсивность турбулентности ветровых потоков на высоте установки
ветроизмерительных приборов, нами было рассмотрено изменение средней многолетней
скорости ветра и среднеквадратичного отклонения по многолетним данным (1961 – 1990
гг.) по трем станциям Украины, расположенным в разных климатических зонах и в
разных условиях шероховатости подстилающей поверхности (табл.).
Станция Херсонесский Маяк расположена на узком выступающем в море мысе,
метеостанция Аскания Нова расположена в степи, а метеостанция Тетерев – в окружении
хвойного леса и одноэтажной застройки.
По данным, представленным в таблице, можно судить о годовой амплитуде средней
месячной скорости ветра в зависимости от характера подстилающей поверхности.
Таблица. Средняя многолетняя скорость ветра (ū), годовая амплитуда (А) и
среднеквадратичное отклонение (σ)
Месяцы Год А
Пункт 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Тетерев ū 2,4 2,5 2,5 2,4 2,2 2,0 2,0 1,9 1,9 2,1 2,4 2,3 2,2 0,6
σ 0,6 0,7 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 0,5 0,4 0,6 0,7 0,5
Аскания
Нова
ū 4,9 5,5 5,1 4,7 4,1 3,7 3,6 3,7 3,7 4,0 4,5 4,5 4,3 1,9
σ 1,0 1,5 0,8 08 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,9 0,9 0,6
Херсонесс
кий
Маяк
ū 7,2 6,8 6,3 5,4 4,8 4,5 4,6 4,8 5,1 5,7 6,4 7,2 5,7 2,7
σ 1,1 1,2 1,1 0,9 0,8 07 0,7 0,6 0,8 0,9 1,1 0,9
Как показано в таблице, в зимние месяцы межгодовая изменчивость скорости ветра
характеризуемая величиной σ, больше, чем в теплый период, на всех трех станциях.
Однако годовая амплитуда А скорости ветра больше на той станции, где значения
шероховатости наименьшие (Херсонесский Маяк).
Таким образом, при использовании информации о скорости ветра необходимо
учитывать условия размещения ветроизмерительных приборов, и в случае их
значительной защищенности препятствиями, производить корректировку данных.
1. Бызова Н.Л., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое
атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 263 с.
120
2. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Метеорологические
наблюдения на станциях. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – Вып. 3, ч. 1. – 300 с.
3. Руководство по метеорологическим приборам и методам наблюдений. –
ВМО №8, Гл. 6. Женева, 1990. – 14 с.
4. Швень Н.І., Петренко К.В. Залежність вікових змін швидкості вітру в
приземному шарі атмосфери від характеру циркуляційної епохи і сонячної активності //
Праці ЦГО, 2006. – вип. 2 (16). – с. 52-56.
5. Швень Н.І. Про приведення швидкості вітру до умов відкритого рівного місця
// Відновлювана енергетика. – 2006. – №1. – с. 47-50.
Н.І. Швень
ЗАЛЕЖНІСТЬ ШВИДКОСТІ ВІТРУ В ПРИЗЕМНОМУ ШАРІ ВІД
ЗАХИЩЕНОСТІ ВІТРОВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ
Виявлені причини і характер впливу захищеності вітровимірювальних приладів на
характеристики вітру, встановлена залежність швидкості вітру від закритості
горизонту, виміряної в кутових градусах, що дає можливість враховувати ступінь
достовірності (репрезентативності) вимірювань характеристик вітру для оточуючої
місцевості.
N.I. Shven
DEPENDENCE BETWEEN WIND SPEED IN THE SURFACE LAYER AND
SECURITY OF WIND MEASURE DEVICES
The reasons and character of influence of local sheltering of wind instruments on wind
speed are established. Is defined that speed of surface wind is varies with azimuth of obstacles
measured in angular degrees, that gives the possibility to consider availability of measurements
of wind speed and direction for surrounding district.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-39699 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2220-8585 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T09:51:59Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України |
| record_format | dspace |
| spelling | Швень, Н.И. 2012-12-23T13:55:15Z 2012-12-23T13:55:15Z 2010 Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов / Н.И. Швень // Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист. — 2010. — Вип. 1. — С. 116-120. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2220-8585 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39699 551.501 Выявлены причины и характер влияния защищенности ветроизмерительных приборов на характеристики ветра, определена зависимость скорости ветра от закрытости горизонта, измеренной в угловых градусах, что дает возможность учитывать степень достоверности (репрезентативности) измерений характеристик ветра для окружающей местности. Виявлені причини і характер впливу захищеності вітровимірювальних приладів на характеристики вітру, встановлена залежність швидкості вітру від закритості горизонту, виміряної в кутових градусах, що дає можливість враховувати ступінь достовірності (репрезентативності) вимірювань характеристик вітру для оточуючої місцевості. The reasons and character of influence of local sheltering of wind instruments on wind speed are established. Is defined that speed of surface wind is varies with azimuth of obstacles measured in angular degrees, that gives the possibility to consider availability of measurements of wind speed and direction for surrounding district. ru Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов Залежність швидкості вітру в приземному шарі від захищеності вітровимірювальних приладів Dependence between wind speed in the surface layer and security of wind measure devices Article published earlier |
| spellingShingle | Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов Швень, Н.И. |
| title | Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов |
| title_alt | Залежність швидкості вітру в приземному шарі від захищеності вітровимірювальних приладів Dependence between wind speed in the surface layer and security of wind measure devices |
| title_full | Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов |
| title_fullStr | Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов |
| title_full_unstemmed | Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов |
| title_short | Зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов |
| title_sort | зависимость скорости ветра в приземном слое от защищенности ветроизмерительных приборов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39699 |
| work_keys_str_mv | AT švenʹni zavisimostʹskorostivetravprizemnomsloeotzaŝiŝennostivetroizmeritelʹnyhpriborov AT švenʹni zaležnístʹšvidkostívítruvprizemnomušarívídzahiŝenostívítrovimírûvalʹnihpriladív AT švenʹni dependencebetweenwindspeedinthesurfacelayerandsecurityofwindmeasuredevices |