- 風力機原理(風力發電工程技術叢書)
- 趙振宙 王同光 鄭源編著
- 1968字
- 2021-04-16 21:10:32
2.2 風的種類
按照劃分的標準不同,風的種類很多。按照風形成的原因劃分,有海陸風、山谷風、焚風、季風、干熱風、旋風、龍卷風和臺風。這里主要介紹與風力機聯系較緊密的前四種風,后四種風速對風能利用意義不大,故不作介紹。
2.2.1 海陸風
海洋的熱容量大,海水溫度隨季節的變化較小。海洋地域平坦,對氣流流動阻力甚小,因而在大洋上形成的風帶最接近理想環流模型。大陸上氣壓季節性變化十分明顯,這種理想風帶被擾亂。因此,在存在海陸差異的地區,風速和風向會受到晝夜和季節的影響。白晝時,大陸吸收了大量的太陽輻射熱,導致大陸表面空氣的升溫速度較快,大陸表面的氣流受膨脹上升至高空,然后流向海洋,到海洋上空受冷卻后再下沉。大陸表面因氣流上升而形成了低壓區,近地層海洋因上空氣流下沉而形成高壓區。在高低壓的作用力下,為補償陸地附近的低氣壓,海平面上的空氣向陸地流動,形成海風。因而,海風是一股從海上吹向陸地的風。
夜間,風形成的過程恰好相反。海洋吸收陽光而蘊藏了大量的熱量,海洋表面氣流降溫較慢,陸地表面空氣溫度下降較快,地表的空氣從陸地流向海面,形成了陸風。
在地球的中緯度地區,海風可以從海岸線深入陸地50km;而在低緯度的海風風速可達4~8m/s,而陸風一般只有1~3m/s。故在海島上,經常白天多雨,夜間多晴朗。在較大的海島上,白天的海風由四周向海島匯合,夜間則島上氣流流向大海。

圖2-6 海陸風形成原理
2.2.2 季風
季風是由海陸分布、大氣環流、大陸地形等因素造成的。隨著季節的不同,陸地和海洋的太陽輻射產生了海洋與陸地之間的溫度差異。冬季,大陸比海洋溫度低,大陸的氣壓比海洋的高。底層氣流由大陸吹向海洋,高層氣流由海洋流向大陸,形成了冬季的季風環流。
夏季相反,大陸地表增熱比海洋劇烈,氣壓隨高度變化慢于海洋上空,所以到一定高度,就產生從大陸指向海洋的水平氣壓梯度,空氣由大陸流向海洋,海上形成高壓,大陸形成低壓,空氣從海上流向大陸,形成了與高空方向相反的氣流,構成了夏季的季風環流。這種現象在中國大陸很明顯,冬天刮北風,氣候干燥而寒冷;夏天刮南風,氣候濕潤而多雨。
世界上季風明顯的地區主要有南亞、東亞、非洲中部、北美東南部、南美巴西東部以及澳大利亞北部,其中以印度季風和東亞季風最著名。有季風的地區都可出現雨季和旱季等季風氣候。夏季時,吹向大陸的風將濕潤的海洋空氣輸進內陸,往往在那里被迫上升成云致雨,形成雨季;冬季時,風自大陸吹向海洋,空氣干燥,伴以下沉,天氣晴好,形成旱季。
2.2.3 山谷風
在山區,白天風從山谷吹向山坡,這種風稱為谷風;到夜間,風從山坡吹向山谷,這種風稱為山風。山風和谷風統稱為山谷風,其形成原理與海陸風相似。
白天山坡受熱較快,溫度高于山谷中同高度的空氣溫度,坡地表面的空氣受熱后沿傾斜方向上升,谷底則被冷空氣填補,從而形成谷風。夜間,山坡因輻射冷卻,降溫速度比山谷中同高度的空氣較快,因此氣流從山坡吹向谷底,從而形成了山風。這兩種風的形成條件如圖2-7所示。通常這種現象會生成很強的氣流,進而形成強風。谷風一般在日出后2~3h出現,并隨著溫度的升高風速加大,午后達到最大,然后隨著溫度降低,風速逐漸減小。日落前1~2h谷風平息,山風代之而起,這樣周而復始,使山頂晝夜有風,終年刮風。尤其在夏季,谷風、山風愈加明顯。

圖2-7 山谷風的形成
谷風的平均速度約為2~4m/s,有時可達7~10m/s。谷風通過山隘時風速加大。山風比谷風小一些,但在峽谷中風力加強,有時會損壞谷底的農作物。谷風所達厚度一般為谷底以上500~1000m,這一厚度還隨氣層不穩定程度的增加而增大。
我國除山地以外,高原和盆地邊緣也會出現與山谷風類似的風,風向和風速卻有明顯的日變化。出現在青藏高原邊緣的山谷風,特別是與四川盆地相鄰的地區,對青藏高原邊緣一帶的天氣有著很大的影響。在水汽充足的條件下,白天在山坡上空凝云致雨,夜間在盆地邊緣造成降水。
2.2.4 焚風
如圖2-8所示為焚風形成示意圖,當氣流跨越山脊時,背風面產生一種熱而干燥的風,稱為焚風。這種風不像山風那樣經常出現,而是在山嶺兩面氣壓不同的條件下發生。

圖2-8 焚風形成示意圖
在山嶺的一側是高氣壓,另一側是低氣壓時,空氣會從高氣壓區向低氣壓區流動。但因受山阻礙,空氣被迫上升,氣壓降低,空氣膨脹,溫度也隨之降低。空氣每上升100m,氣溫則下降0.6℃。當空氣上升到一定高度時,水汽遇冷凝結,形成雨水。空氣到達山脊附近后,則變得稀薄干燥,然后翻過山脊,順坡而下,空氣在下降的過程中變得緊密且溫度增高??諝饷肯陆?00m,氣溫則會上升1℃。因此,空氣沿著高大的山嶺沉降到山麓的時候,氣溫常會有大幅度的提升。迎風和背風兩面的空氣即使高度相同,背風面空氣的溫度也總是比迎風面的高。每當背風山坡刮炎熱干燥的焚風時,迎風山坡卻常常下雨或落雪。
焚風的害處很多:會造成果木和農作物的干枯,形成森林大火;當然也可以加速冬季積雪融化,利于早點使草木生長。