本文介紹風(fēng)資源評(píng)估中大氣穩(wěn)定度的概念，同時(shí)借助WT5.2軟件在近海地區(qū)的以不同大氣穩(wěn)定度進(jìn)行建模，分析其對(duì)風(fēng)切變指數(shù)的影響，并且同實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比論證，得出一定的結(jié)論。

　　結(jié)果顯示大氣穩(wěn)定度處于穩(wěn)定時(shí)風(fēng)切變指數(shù)較大，處于不穩(wěn)定時(shí)較小。

　　1、大氣穩(wěn)定度概念

　　大氣穩(wěn)定度指近地層大氣作垂直運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。當(dāng)氣溫垂直遞減率γ=-1℃/100m時(shí)，大氣穩(wěn)定度處于中性狀態(tài);γ>-1℃/100m，大氣穩(wěn)定度處于不穩(wěn)定狀態(tài);γ<-1℃/100m，大氣穩(wěn)定度處于穩(wěn)定狀態(tài)。通俗的講，即當(dāng)大氣不同高度的溫差較小，大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)較弱時(shí)，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài);反之，溫差較大，對(duì)流運(yùn)動(dòng)較為劇烈時(shí)，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

　　2、大氣穩(wěn)定度的描述

　　本文依靠WT5.2進(jìn)行建模分析，在Meteodyn WT5.2軟件中，CFD 定向模擬中的大氣穩(wěn)定度效應(yīng)是通過(guò)考慮0——9共10個(gè)熱穩(wěn)定度等級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中2級(jí)對(duì)應(yīng)中性，1級(jí)對(duì)應(yīng)不穩(wěn)定，6級(jí)對(duì)應(yīng)穩(wěn)定。這些等級(jí)是通過(guò)對(duì)應(yīng)Monin-Obukhov長(zhǎng)度L的不同取值來(lái)定義的。Monin-Obukhov 長(zhǎng)度給出近地面層中機(jī)械湍流與因熱效應(yīng)而生成或抑制的湍流的相對(duì)比重。計(jì)算公式如下：

　　下表給出了 Monin-Obukhov 長(zhǎng)度和 Meteodyn WT 中熱穩(wěn)定度等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

　　由于在海上，地表粗糙度接近于0，因此大氣穩(wěn)定度是影響海上風(fēng)速風(fēng)切變指數(shù)的主要原因。同理在近海平原、丘陵地區(qū)，由于受到海洋的熱力影響較大，大氣穩(wěn)定度同樣是影響其風(fēng)切變指數(shù)的主要原因。因此選擇近海某風(fēng)電場(chǎng)作為實(shí)際案例加以分析。

　　3、實(shí)際工程案例分析

　　模擬方法

　　以距離海邊約40km處某風(fēng)電場(chǎng)中的一座測(cè)風(fēng)塔(1#)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)，現(xiàn)獲取到該風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)地形圖及1#測(cè)風(fēng)塔完整一年多個(gè)高度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將其采用不同的大氣穩(wěn)定度以WT進(jìn)行建模計(jì)算，利用1#測(cè)風(fēng)塔的80m風(fēng)速推算測(cè)風(fēng)塔風(fēng)切變指數(shù)及其他高度的風(fēng)速。

　　模擬過(guò)程

　　1#測(cè)風(fēng)塔其所在地形見(jiàn)下圖。

　　從Google Earth中可以看出場(chǎng)區(qū)內(nèi)地形較為平坦，沒(méi)有較大的起伏，地類主要為農(nóng)田和房屋。

　　該塔的主要參數(shù)見(jiàn)下表。

　　風(fēng)廓線見(jiàn)下圖。

　　以該風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)地形圖及1#測(cè)風(fēng)塔完整一年80m實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，采用不同的大氣穩(wěn)定度以WT進(jìn)行建模計(jì)算。利用80m風(fēng)速推算其所在位置的風(fēng)切變指數(shù)結(jié)果、推算的60m風(fēng)速見(jiàn)下表

　　依據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果，可以看出，大氣穩(wěn)定度對(duì)于風(fēng)切變指數(shù)有很大的影響，當(dāng)大氣穩(wěn)定度由不穩(wěn)定，中性，到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，風(fēng)切變指數(shù)在逐漸增加，推算至更高的高度時(shí)風(fēng)速會(huì)逐漸變大。但是當(dāng)大氣穩(wěn)定度處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，其風(fēng)切變指數(shù)反而會(huì)變小，原因如下：

　　將Monin-Obukhov 長(zhǎng)度按照大氣穩(wěn)定度分類標(biāo)準(zhǔn)畫在水平軸上，如下圖所示。

　　當(dāng)Monin-Obukhov 長(zhǎng)度在0附近時(shí)，為負(fù)值時(shí)為非常不穩(wěn)定(等級(jí)為0)，且越不穩(wěn)定越接近于0;為正值時(shí)為非常穩(wěn)定(等級(jí)為9)，且越穩(wěn)定越接近于0。因此，由分類標(biāo)準(zhǔn)得到，當(dāng)大氣非常穩(wěn)定時(shí)，其推算出風(fēng)速會(huì)接近于不穩(wěn)定時(shí)的風(fēng)速，導(dǎo)致風(fēng)切變指數(shù)變小。

　　4、小結(jié)

　　本文采用WT5.2軟件，以近海某風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)測(cè)地形圖及完整年的風(fēng)速數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)，在不同大氣穩(wěn)定度下模擬其風(fēng)廓線，計(jì)算風(fēng)切變指數(shù)。通過(guò)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比論證，發(fā)現(xiàn)當(dāng)大氣穩(wěn)定度由不穩(wěn)定、中性到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，風(fēng)切變指數(shù)在逐漸增大，當(dāng)大氣穩(wěn)定度在非常穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，風(fēng)切變指數(shù)反而減小，與不穩(wěn)定狀態(tài)相近。因此，在實(shí)際的工程當(dāng)中，應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所在地的大氣穩(wěn)定度加以考慮，不能簡(jiǎn)單的將其全部歸類于中性。