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）

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

節能減排是我國經濟社會發展的一項基本國策和長遠發展戰略計劃,其中開發利用氣候資源是經濟社會可持續發展的保障；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利用有著重要的意義。

2 資料

選取松花江谷地范圍內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個區域。觀測數據為2011年完整一年的數據。測風塔高度為70 m，觀測項目分別為10 m、30 m、50 m、70 m 高度的風速數據和 10 m、50 m、70 m高度的風向數據。

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70 m高度以上年平均風速，在依蘭、通河區域風速相對較大，年平均風速分別為6.9 m/s和6.6 m/s。依蘭區域由于兩側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”，風在經過時被加速，因此區域內風速大。富錦區域與依蘭環境相似，風速較大，年平均風速為6.7 m/s。七臺河區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繞流，并且在山的迎風面出現阻礙現象，表現為在山的迎風側出現相對小值區，山的背風側風速明顯減小，呈現尾流區的特征，樺川、樺南區域內的4#和5#測風塔明顯的反映了這一特征：西南側迎風面的4#塔，年平均風速為6 m/s，而北部背風側的5#塔年平均風速僅為5.3 m/s

各區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，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。由于春季的氣旋和冬季的寒潮影響，春、冬風速都比較大，樺南區域最大風速出現在春季4月份，其他區域最大風速出現在冬季1月份。

3.2 風速日變化

在沒有特殊天氣系統時，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，氣層趨于穩定，因而風速較小；另一種變化趨勢則是夜間風速大于白天，6#測風塔最小風速出現在中午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 風速垂直結構

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狀態。在中性大氣層結下，對數和冪指數方程都可以較好地描述風速的垂直廓線，實測數據檢驗結果表明，冪指數公式比對數公式可以更精確地擬合風速的垂直廓線，我國新修訂的《建筑結構設計規范》也推薦使用冪指數公式，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，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見表1，從表中可以看出，3#測風塔風切變指數偏大，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，風場就會越不穩定。

4 結論

（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，會形成大風區域。山體的阻礙會使迎風面、山頂和背風面的風速出現中、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.