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 ( ) на высоте (в метрах) над землей: ${\displaystyle u_{z}}$ ${\displaystyle z}$

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

где – скорость трения (мс ^-1 ), – постоянная Кармана (~0,41), – смещение нулевой плоскости (в метрах), – шероховатость поверхности (в метрах), – член устойчивости , где – длина Обухова из теории подобия Монина-Обухова . В условиях нейтральной устойчивости и выпадает, и уравнение упрощается до: ${\displaystyle u_{*}}$ ${\displaystyle \kappa }$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle z_{0}}$ ${\displaystyle \psi }$ ${\displaystyle L}$ ${\displaystyle z/L=0}$ ${\displaystyle \psi }$

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

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

Длина шероховатости ( ) 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, заданным 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] ${\displaystyle z_{0}}$ ${\displaystyle z_{0}}$

Чтобы оценить среднюю скорость ветра на одной высоте ( ) на основе скорости ветра на другой ( ), формулу следует изменить: ^[2] ${\displaystyle {{z}_{2}}}$ ${\displaystyle {{z}_{1}}}$

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

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

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]

Смотрите также

• Степенной закон профиля ветра
• Список моделей атмосферной дисперсии

Рекомендации

1. Оке, TR (1987). Климат пограничного слоя . Метуэн.
2. Холмс JD. Ветровая нагрузка конструкций. 3-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press; 2015.
3. 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.