沿海地区海陆风的特点和影响

沿海风场的地形千差万别，是影响近地风场特性的重要因素；此外，由于海面与陆面热力学特性的极大差异，造成了海陆风现象。下文将对海陆风现象的原理进行介绍，并以广东海陵岛为例，介绍其风速及风速廓线的变化特性，为风电功率预测系统的建设提供依据。

由于陆地土壤热容量比海水热容量小得多，陆地升温比海洋快得多，因此陆地上的气温比附近海洋上的气温高得多。在水平气压梯度力的作用下，上空的空气从陆地流向海洋，然后下沉至低空，又由海面流向陆地，再度上升，遂形成低层海风和铅直剖面上的海风环流。因海洋和陆地受热不均匀而在海岸附近形成的一种有日周期性变化的风系。在基本气流微弱时，白天风从海上吹向陆地，夜晚风从陆地吹向海洋。前者称为海风，后者称为陆风，合称为海陆风。海陆风示意如图1-3所示。

图1-3　海陆风示意图

海陆风的水平范围可达几十千米，垂直高度达1～2km，周期为一昼夜。白天，地表受太阳辐射而增温，由于陆地土壤热容量比海水热容量小得多，陆地升温比海洋快得多，因此陆地上的气温显著地比附近海洋上的气温高。陆地上空气柱因受热膨胀，形成了海陆的气温、气压的差值分布，海风从每天上午开始直到傍晚，风力以下午为最强。日落以后，陆地降温比海洋快；到了夜间，海上气温高于陆地，就出现与白天相反的热力环流而形成低层陆风和铅直剖面上的陆风环流。海陆的温差，白天大于夜晚，所以海风较陆风强。如果海风被迫沿山坡上升，常产生云层。在较大湖泊的湖陆交界地，也可产生和海陆风环流相似的湖陆风。海风和湖风对沿岸居民都有消暑热的作用。在较大的海岛上，白天的海风由四周向海岛辐合，夜间的陆风则由海岛向四周辐散。因此，海岛上白天多雨，夜间多晴朗。例如中国海南岛，降水强度在一天之内的最大值出现在下午海风辐合最强的时刻。由于夜间低空热力差别远不如白天大，因此，无论气流速度还是环流高度，陆风环流都比海风环流弱，陆风的风速仅为1～2m／s。

海陆风在热带地区发展最强，一年四季都可出现，出现次数比温带和寒带多。中纬度地区（如中国渤海地区）的海陆风，夏秋两季比冬春两季出现次数多。高纬度地区只在暖季出现海陆风。较大的岛屿如中国海南岛，也会出现海陆风。海风白天从四周吹向海岛，夜间陆风从海岛吹向周围海面。海陆风盛行的海岛和沿海陆地，白天多出现云、雨和雾；夜间以晴朗天气为主。(www.xing528.com)

海陆风是利用沿海风电场设计建设中的一个重要问题。Lyons，T.J.Bell曾经指出，海陆风在没有大尺度天气背景下是风能的重要来源。然而，涉及风能领域关于海陆风的研究工作非常少。我国海岸线绵长，有丰富的风能资源可供开发，沿海风能相对于内陆风能而言，风速大，有效小时数多，海陆风发生频繁。

沿海地区最突出的特点就是海陆风的存在及大尺度风向的变化。以广州阳江海陵岛上7座测风塔的NRG （NRG 为美国大型能源公司）测风资料为例进行分析，每座测风塔在三个不同的高度上进行风速测量，并在最高层和最低层进行风向测量，测风塔上仪器每隔10min采集一次风速、风向资料。

海陆风是海陆热力差异的结果，所以伴随海陆风日内热力差异的变化风速必定有一个相应的变化。以4个测风站点观测的风向风速为分析依据：海陵岛某日02：00～09：00，为陆风阶段；02：00～05：50，风速逐渐增加，在这一个时段，陆面温度越来越低，海陆温差逐渐增大；06：00～09：00，风速逐渐减小，这一时间段内陆风风速减小是由于太阳辐射的加强使陆面温度逐渐升高，海陆温差减少；09：10～13：10，是海陆风的转折时期，海陆热力差异发生转向，同时这一阶段的风速也是从02：00模拟开始到13：10风速最小的一个时间段；而接下来从13：20～次日00：50则是海风阶段，对于海风阶段，同样也存在风速增加和风速减小两个不同的阶段，13：20～18：00，风速逐渐增加，由于太阳辐射，陆面温度逐渐升高，海陆温差增大，18：10～次日00：50，太阳辐射的减少使得海陆温差减小，导致风速减小，然后是一个海风向陆风转化阶段。这样就完成了一个由陆风向海风又向陆风的转变。

风速廓线是风能利用中重要的问题之一，无论海陆风发生与否，大尺度气流来自不同方向时都会反映不同的热力效应与大气层结效应。而传统的风速廓线在应用时，既需要考虑不同风向时下垫面粗糙度的变化又要考虑大气稳定度的变化，这给风电场的实际操作带来了很大不便。利用数值模式进行风速预测时，由于模式稳定性及网格结构的原因，计算高度通常与风机高度并不一致，这时就需要利用当地风速廓线的特性进行插值，进而进行风速与风电功率的预测。这也是风电功率预测中进行风速廓线研究的必要性。

由上述结果可知，在海陵岛区域，当风向为海风风向时，60m、40m 与10m 三个高度上的风速差异非常小；而当风向为陆风风向时，60m、40m 与10m 三个高度上的风速差异较大。