魏 磊，孫鏌涵，鄭 紅

（黑龍江省氣候中心，黑龍江 哈爾濱150030）

松花江谷地風特征研究

魏 磊，孫鏌涵，鄭 紅

（黑龍江省氣候中心，黑龍江 哈爾濱150030）

1 引言

節(jié)能減排是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的一項基本國策和長遠發(fā)展戰(zhàn)略計劃,其中開發(fā)利用氣候資源是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的保障；風力資源就是綠色可再生的清潔能源，也是減少化石能源的可代替的有效能源之一，大力發(fā)展風力資源是積極應對氣候變化的重要措施。我國地域面積廣闊，風能開發(fā)潛力巨大，我國陸地上距地面10 m高處風能資源理論儲量為43.5億kw。2008年底，我國累計風電機組11600多臺，風電裝機總量達到12.21 GW,位居世界第四,年增長率高達106.6%，位居世界第一。預計2020年我國的風電裝機總量將達到30 GW。

黑龍江省是一個風電資源較豐富區(qū)之一，其中松花江谷地位于黑龍江省中部，松花江中下游，地形復雜，風能資源的分布也非常復雜，因此進行松花江谷地的風資源研究對于風能資源的開發(fā)利用有著重要的意義。

2 資料

選取松花江谷地范圍內(nèi)6座測風塔的測風資料，1#至7#塔的位置分別處于依蘭、通河、七臺河、樺南、樺川和富錦6個區(qū)域。觀測數(shù)據(jù)為2011年完整一年的數(shù)據(jù)。測風塔高度為70 m，觀測項目分別為10 m、30 m、50 m、70 m 高度的風速數(shù)據(jù)和 10 m、50 m、70 m高度的風向數(shù)據(jù)。

3 風特征分析

風速的大小是衡量風能資源量的一個重要指標，風電場的風機輪轂高度一般為50-70 m，故此本文著重分析70 m高度上風的變化特征。

3.1 風速年變化

分析松花江谷地范圍內(nèi)70 m高度以上年平均風速，在依蘭、通河區(qū)域風速相對較大，年平均風速分別為6.9 m/s和6.6 m/s。依蘭區(qū)域由于兩側(cè)山脈由西南偏西向東北偏東方向蔓延，與主導風向一致，形成“狹管效應”，風在經(jīng)過時被加速，因此區(qū)域內(nèi)風速大。富錦區(qū)域與依蘭環(huán)境相似，風速較大，年平均風速為6.7 m/s。七臺河區(qū)域由于四周山體的阻礙效應，風速偏小，年平均風速均為5.9 m/s。

樺川、樺南區(qū)域地形復雜，風的分布受地形影響強烈，由于地形的存在，山地風速隨地形高度增加而增大，氣流遇到山體后出現(xiàn)繞流，并且在山的迎風面出現(xiàn)阻礙現(xiàn)象，表現(xiàn)為在山的迎風側(cè)出現(xiàn)相對小值區(qū)，山的背風側(cè)風速明顯減小，呈現(xiàn)尾流區(qū)的特征，樺川、樺南區(qū)域內(nèi)的4#和5#測風塔明顯的反映了這一特征：西南側(cè)迎風面的4#塔，年平均風速為6 m/s，而北部背風側(cè)的5#塔年平均風速僅為5.3 m/s

各區(qū)域風速年變化趨勢大體相同，風速均為夏季7月份最低，夏季黑龍江省處于東北低壓區(qū)，低壓強度不大，太平洋副熱帶高壓對黑龍江省影響弱，高低壓之間梯度不大，故黑龍江省夏季是一年中大風最少的季節(jié)。由于春季的氣旋和冬季的寒潮影響，春、冬風速都比較大，樺南區(qū)域最大風速出現(xiàn)在春季4月份，其他區(qū)域最大風速出現(xiàn)在冬季1月份。

3.2 風速日變化

在沒有特殊天氣系統(tǒng)時，風速的日變化呈明顯的周期性。風速的日變化主要與下墊面有關。松花江谷地范圍內(nèi)風速日變化有兩種趨勢，第一種是白天風速大于夜間，1#、2#、3#、4#、5# 五座測風塔，位于松花江上游，張廣才嶺北部的谷地，最大風速均出現(xiàn)在14-16時，夜間0-6時風速較小，這是由于白天太陽輻射強，地面溫度較高，對流旺盛，高層動量下傳，湍流交換強，使風速加大，午后溫度下降地面逐漸冷卻，氣層趨于穩(wěn)定，因而風速較?。涣硪环N變化趨勢則是夜間風速大于白天，6#測風塔最小風速出現(xiàn)在中午11-14時，夜間22時-凌晨2時左右風速最大。

3.3 風向變化特征

各測風塔觀測年風向如圖1，在大范圍環(huán)流的影響下，松花江谷地各個測風塔均以WNW至SW方向之間。

圖1 各測風塔風向

3.4 風速垂直結(jié)構(gòu)

近地層風速的垂直分布主要取決于地表粗糙度和低層大氣的層結(jié)狀態(tài)。在中性大氣層結(jié)下，對數(shù)和冪指數(shù)方程都可以較好地描述風速的垂直廓線，實測數(shù)據(jù)檢驗結(jié)果表明，冪指數(shù)公式比對數(shù)公式可以更精確地擬合風速的垂直廓線，我國新修訂的《建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》也推薦使用冪指數(shù)公式，其表達式為：

式中，V2為高度 Z2處的風速（m/s）；V1為高度 Z1處的風速 （m/s），Z1一般取10 m高度；α為風切變指數(shù)，其值的大小表明了風速垂直切變的強度。

各測風塔觀測年風切變指數(shù)見表1，從表中可以看出，3#測風塔風切變指數(shù)偏大，為0.352，3#測風塔位置均處于山腰處，山體對地處風速有阻礙作用，因此風切變指數(shù)偏大。典型的松花江山谷地形造成了其復雜的風場特征，風速垂直切變較平原地區(qū)偏大，說明河谷地形下，距離山體愈近，其風的湍流和擾動就會增加，風場就會越不穩(wěn)定。

4 結(jié)論

（1）風的時空分布受地形影響明顯，不同地形的風變化特征有著明顯的不同，山谷地形的 “狹管效應”對風的影響很大，會形成大風區(qū)域。山體的阻礙會使迎風面、山頂和背風面的風速出現(xiàn)中、大、小的明顯不同。

（2）在山谷地形中，由于山的走勢會對風向產(chǎn)生不同程度的影響。

（3）山體對風的垂直分布有很大影響，離山體越近風切變指數(shù)越大。

1002－252X(2017)03－0017－02

2017－6－1

魏 磊(1985-),男，黑龍江省哈爾濱市人，成都信息工程大學，碩士生，工程師.