山区近地风场特征分析与优化

山区的地形复杂，近地风场的模拟历来是一个难题。精确地描述山区的近地风场是困难的，本节主要介绍决定山区近地风场的主要规律和影响因素。

目前对于山地风场的研究主要集中在平均风速的加速效应（speed-up effect）上，即在山地地形中，某高度平均风速比平地相应高度平均风速有所增加的效应，一般在山顶的近地面最为明显。通常用一无量纲参数：加速比（speed-up ratio）来定量描述加速效应，即

式中 U（z）——山地地面以上z高度处的风速；

U0（z）——平地地面以上z高度处的风速。

山体各位置的平均风速由山体形状、坡度和高度等因素决定。图1-2为某山地平均风速剖面图。(www.xing528.com)

图1-2　山地平均风速剖面图

h—山地高度

图中虚线表示未受山体干扰时的平地风场风速剖面，实线表示山体风场中的风速剖面。可看出迎风面山脚的风速剖面几乎与平地风场重合，可视为没有变化；迎风面山腰处风速已经开始增大，当到达山顶时平均风速的增加达到最大值，特别在临近地面处最为显著；刚进入背风面区域，由于山顶处造成的空气流动分离，导致山顶高度以下区域风速迅速减小，在背风面山脚最为明显，整个山顶高度以下区域风速几乎都为0。再往背风面方向，近地面风速则逐渐增大，到背风面山脚后5h （h 为山地高度）距离处基本恢复到来流风速剖面，山体影响基本消失。

山坡的坡度对山地近地风场加速比也有较大影响。对于山地的迎风面而言，在近地面高度加速效应最为明显，加速比随坡度的增加而逐渐变大，但明显不是线性关系。近地面处最大加速比值较大，而随着高度增加迅速减小，且加速比基本不随坡度的变化而改变。这说明山体坡度只影响到山顶近地面的加速比。而对于背风面而言，随着坡度的增加，风速减小的幅度显著增大。背风面减速效应只在山顶高度以下发生，且减速比绝对值随坡度的增大而增加。

在坡度相等的情况下，山体的高度也是影响加速比的重要因素。对于迎风面而言，随着山体高度的增加，近地面处的加速比显著提高，但在一定高度以上已经基本不受山体高度的影响。而对于背风面，山顶高度越高，背风面山脚的影响高度越大。由于山体的绕流会出现大量流动分离或旋涡，因此背风面近地面处加速比变化显得较为杂乱。