风能资源 青岛安华培训教材-赵讲课.pdfVIP

青岛安华新源风电设备有限公司培训教材 1 1 第 11章 风能资源 1.1 1.1 11..11风的形成 1.1.1 1.1.1 11..11..11 风是空气相对于地球表面的运动。空气运动可以分解为水平运动和垂直运动。 空气水 平运动是由相同高度上两点之间的大气压力差造成的，而大气压力差主要是由大气中热力和 动力现象的时空不均匀性所产生的。 太阳辐射是地球上获取能量的主要源泉。由于地球绕太阳运转，地球各纬度所接受的 太阳辐射强度各异，辐射到地球表面的能量是不均匀的，受太阳高度、角度、大气透明度、 海拔高度和地理纬度及各处的物理属性不同等影响，从而使大气的加热不均匀，产生温差和 气压差。气压发生变化除了气温是主因外，地形及水汽含量也会产生气压变化。通常将单位 距离内的气压变化的大小（即气压差）称之为气压梯度。在气压梯度作用下使空气产生运动 的力称为气压梯度力。 在气压梯度力的作用下，风的方向并不是完全沿气压梯度力的方向从高压处吹向低压 处，由于地球自转的原因而会发生偏移。北半球风将向其初始方向的右侧偏转，而南半球风 将向其初始方向的左侧偏转。在地球表面，常有大气环流和局部地区环流。 1.1.2 1.1.2 11..11..22 大气环流。大气环流是在太阳辐射和地球自转的作用下造成一种大尺度运动。大气环 流决定各地区天气的形成与变化。 当空气由赤道两侧上升向极地流动时，开始因地转偏向力很小，空气基本受气压梯度 力影响，在北半球，由南向北流动，随着纬度的增加，地转偏向力逐渐增大，空气运动也就 逐渐地向右偏转，也就是逐渐转向东方。在纬度 30º附近，偏角达到 90º，地转偏向力与气 压梯度力相当，空气运动方向与纬圈平行，所以在纬度 30º附近上空，赤道来的气流受到阻 塞而聚积，气流下沉，形成这一地区地面气压升高，就是所谓的副热带高压。 副热带高压下沉气流分为两支，一支从副热带高压向南流动，指向赤道。在地转偏向 力的作用下，北半球吹东北风，南半球吹东南风，风速稳定且不大，约 3-4 级，这是所谓的 信风，所以在南北纬 30º之间的地带称为信风带。这一支气流补充了赤道上升气流，构成了 一个闭合的环流圈，称此为哈德来（Hadley）环流，此环流圈南面上升，北面下沉,叫做正 环流圈。 另一支从副热带高压向北流动的气流，在地转偏向力的作用下，北半球吹西风，且风 速较大，这就是所谓的西风带。在 60ºN 附近处，西风带遇到了由极地向南流来的冷空气， 被迫沿冷空气上面爬升，在 60ºN 地面出现一个副极地低压带。 1 青岛安华新源风电设备有限公司培训教材 副极地低压带的上升气流，到了高空又分为两股，一股向南，一股向北。向南的一股 气流在副热带地区下沉，构成一个中纬度闭合区，正好与哈德来环流流向相反，此环流圈北 面上升、南面下沉，所以叫反环流圈，也称费雷尔（Ferrel）环流圈；向北的一股气流，从 上升到达极地后冷却下沉，形成极地高压带，这股气流补偿了地面流向副极地低压带的气流 ， 而且形成了一个闭合圈，此环流圈南面上升、北面下沉与哈德来环流流向类似的环流圈，因 此也叫正环流。在北半球，此气流由北向南，受地转偏向力的作用，吹偏东风，在 60º-90º N 之间，形成了极地东风带。 综上所述，在地球上由于地球表面受热不均，引起大气层中空气压力不均衡，因此， 形成地面与高空的大气环流。各环流圈伸屈的高度，以热带最高，中纬度次之，极地最低， 这主要由于地球表面增热程度随纬度增高而降低的缘故。这种环流在地球自转偏向力的作用 下，在北半球环流由赤道到 30ºN热力环流圈、30º-60ºN 中纬度环流圈和 60º-90ºN 极地环 流圈组成三圈环流。“三圈环流”在北半球表面流场上形成了低纬东北信风带，中纬西风带 和高纬东北风带。三圈环流在南半球与北半球流向相反。在全球对称分布形成了五个行星风 带。 1.1.3 1.1.3 11..11..33 局部地区环流是区域性的大气运动。局部环流比较典型的是季风，海陆风和山谷风。 从事风电工程需要对局地环流的规律有更具体详尽的了