風(fēng)與風(fēng)能一、風(fēng)風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射熱引起的。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風(fēng)。風(fēng)的形成是空氣流動的結(jié)果，空氣流動形成的動能稱為風(fēng)能?？諝獾牧鲃邮怯捎诓煌瑓^(qū)域空氣的密度或者氣壓不同引起。大氣壓差是風(fēng)產(chǎn)生的根本原因。改變空氣密度主要方法（1）加熱或冷卻（2）外力作用風(fēng)的全球分布大氣環(huán)流：一般是指具有世界規(guī)模的、大范圍的大氣運行現(xiàn)象，既包括平均狀態(tài)，也包括瞬時現(xiàn)象，其水平尺度在數(shù)千公里以上，垂直尺度在10km以上，時間尺度在數(shù)天以上。大氣環(huán)流既是地－氣系統(tǒng)進行熱量、水分、角動量等物理量交換以及能量交換的重要機制，也是這些物理量的輸送、平衡和轉(zhuǎn)換的重要結(jié)果。太陽輻射在地球表面的非均勻分布是大氣環(huán)流的原動力。

赤道與南北緯30度之間的大氣環(huán)流系統(tǒng)北緯30度至60度之間的大氣環(huán)流系統(tǒng)北緯60度至北極之間的大氣環(huán)流系統(tǒng)全球大氣環(huán)流示意低緯度環(huán)流

低緯度環(huán)流(哈得來環(huán)流，正環(huán)流圈）：是一個封閉的環(huán)流，由溫暖潮濕空氣從赤道低壓地區(qū)上升開始，升至對流層頂，向極地方向邁進。直到南北緯30度左右，這些空氣在高壓地區(qū)下沉。部分空氣返回地面后于地面向赤道返回，形成信風(fēng)，完成低緯度環(huán)流。低緯度環(huán)流基本活動在熱帶地區(qū)，是在太陽直射點引導(dǎo)下，以半年周期往返南北。

極地環(huán)流

極地環(huán)流：南北緯地區(qū)仍然有足夠熱力和水分進行對流，當(dāng)氣流流往極地，它的溫度已經(jīng)大大降低，在這高壓干燥寒冷的地區(qū)下沉，受地轉(zhuǎn)偏向力影響偏轉(zhuǎn)，形成極地東風(fēng)。極地環(huán)流同樣是一個簡單的系統(tǒng)，雖然相比赤道的空氣，這里的空氣比較寒冷干燥，但仍然有足夠熱力和水分進行對流，完成熱循環(huán)。本環(huán)流的活動范圍限于對流層內(nèi)，最高也只到對流層頂（8公里）。往極地的氣流主要集中在空中，而赤道方向的氣流主要集中在地面。極地環(huán)流

中緯度環(huán)流

中緯度環(huán)流是一個次要的環(huán)流，依靠其余兩個環(huán)流而出現(xiàn)。在南面處于低緯度環(huán)流之上，在北面又漂浮在極地環(huán)流上。信風(fēng)可以在低緯度環(huán)流以下找到，相同地西風(fēng)帶也可以在中緯度環(huán)流下找到。中緯度環(huán)流

與低緯度環(huán)流和極地環(huán)流不同，中緯度環(huán)流并不是真正閉合的循環(huán)，不像信風(fēng)和極地東風(fēng)那樣，有所屬的環(huán)流捍衛(wèi)著它們在該區(qū)的主導(dǎo)地位。盛行西風(fēng)常常聽命于經(jīng)過的氣象系統(tǒng)。在上空通常由西風(fēng)主導(dǎo)，但是在地表風(fēng)向可以隨時突然改變。大氣環(huán)流-形成原因1.太陽輻射，是地球上大氣運動的能量來源，由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，地球表面接受太陽輻射能量是不均勻的。熱帶地區(qū)多，而極區(qū)少，從而形成大氣的熱力環(huán)流。2.地球自轉(zhuǎn)，在地球表面運動的大氣都會受地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。3.地球表面海陸分布不均勻。4.大氣內(nèi)部南北之間熱量、動量的相互交換。以上種種因素構(gòu)成了地球大氣環(huán)流的平均狀態(tài)和復(fù)雜多變的形態(tài)。風(fēng)形成的原因能量來源：太陽輻射能動力源：太陽能正是形成大氣壓差的原因。介質(zhì)：從全球尺度來看，大氣中的氣流是巨大的能量傳輸介質(zhì)，地球的自轉(zhuǎn)以進一步促進了大氣中半永久性的行星尺度環(huán)流的形成。

風(fēng)的形成原因太陽的輻射造成地球表面受熱不均，引起大氣層中壓力分布不均，形成氣壓梯度，在氣壓梯度力作用下，空氣垂直于等壓線從高壓區(qū)向低壓區(qū)流動，空氣這樣沿水平方向運動，形成風(fēng)。（例如赤道和高低維度區(qū)域）風(fēng)的類型風(fēng)受到大氣環(huán)流、地形、水域的影響，表現(xiàn)形式多種多樣，如季風(fēng)、地方性海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、臺風(fēng)等。季風(fēng)定義：在大陸和海洋之間大范圍盛行的、風(fēng)向隨季節(jié)變化顯著的風(fēng)系，和風(fēng)帶一樣同屬于行星尺度的大氣環(huán)流系統(tǒng)。形成季風(fēng)最根本的原因：海陸熱力性質(zhì)的差異導(dǎo)致海陸氣壓中心的季節(jié)變化，是形成季風(fēng)環(huán)流的主要原因。它可分為冬季風(fēng)、夏季風(fēng)。季風(fēng)季風(fēng)對季風(fēng)的認識：

（1）季風(fēng)是大范圍地區(qū)的盛行風(fēng)向隨季節(jié)改變的現(xiàn)象，這里強調(diào)“大范圍”是因為小范圍風(fēng)向受地形影響很大；

（2）隨著風(fēng)向變換，控制氣團的性質(zhì)也產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，例如，冬季風(fēng)來時感到空氣寒冷干燥，夏季風(fēng)來時空氣溫暖潮濕；

（3）隨著盛行風(fēng)向的變換，將帶來明顯的天氣氣候變化。季風(fēng)與緯度和季節(jié)的關(guān)系與海陸影響的程度，緯度和季節(jié)都有關(guān)系。冬季中、高緯度海陸影響大，陸地的冷高壓中心位置在較高的緯度上，海洋上為低壓。夏季低緯度海陸影響大，陸地上的熱低壓中心位置偏南，海洋上的副熱帶高壓的位置向北移動。行星風(fēng)帶的季節(jié)移動，也可以使季風(fēng)加強或削弱，但不是基本因素。

風(fēng)的形成1)當(dāng)太陽光照射到地球表面時，地球被加熱，而陸地和海洋的吸收熱量的速度是不同的，陸地吸收熱的速度比海洋快的多。2)陸地上方的空氣加熱速度要比海洋上更快，陸地上的熱空氣上升到一定高度后冷卻。3)這些冷空氣逐漸向海洋上方移動，在這里下沉并被向陸地方向擠壓，空氣向陸地的流動就是我們所說的風(fēng)。

海陸風(fēng)海陸風(fēng)日間海風(fēng)夜間陸風(fēng)海陸風(fēng)是因海洋和陸地受熱不均而在海岸附近形成的一種每日變化的風(fēng)系。在基本氣流微弱時，白天風(fēng)從海洋吹響陸地（海風(fēng)），夜晚風(fēng)從陸地吹響海洋（陸風(fēng)）。增溫快

（熱源）增溫快

（熱源）增溫慢

（冷源）谷風(fēng)山谷風(fēng)谷風(fēng)的形成白天從山谷吹向山峰的風(fēng)叫谷風(fēng)山谷風(fēng)降溫快（冷源）降溫快（冷源）降溫慢（熱源）山風(fēng)山風(fēng)的形成夜間自山坡吹向山谷的風(fēng)叫山風(fēng)臺風(fēng)臺風(fēng)定義是發(fā)生在熱帶海洋上強烈的氣旋，一邊繞自己的中心急速旋轉(zhuǎn)，一邊隨周圍大氣向前移動。形成原因：在海洋溫度超過26℃以上的熱帶或副熱帶海洋上，由于近洋面溫度高，大量空氣膨脹上升，使近洋面氣壓降低，外圍空氣源源不斷的補充流入上升，受地轉(zhuǎn)偏向力的影響，流入的空氣旋轉(zhuǎn)起來，而上升的空氣膨脹變冷，其中水汽冷卻凝結(jié)形成水滴時放熱，又促使低層空氣上升，這樣近地面的氣壓下降的更低，空氣旋轉(zhuǎn)的更加激烈，最后行成臺風(fēng)。臺風(fēng)形成的條件要有廣闊的高溫、高濕大氣；要有低層大氣向中心輻合、高層向外擴散的初始擾動，而且高層輻散必須超過低層輻合，維持足夠的上升氣流，低層擾動不斷加強；垂直方向的風(fēng)速相差不能太大，上下層相對運動很小，使初始擾動中水汽凝結(jié)所釋放的潛熱集中保存到臺風(fēng)眼；要有足夠大的地轉(zhuǎn)偏向力，有利于氣旋型渦旋生成。風(fēng)力等級《風(fēng)級歌》

0級煙柱直沖天，1級青煙隨風(fēng)偏，

2級輕風(fēng)吹臉面，3級葉動紅旗展，

4級帶葉小樹搖，5級枝搖飛紙片，

6級舉傘步行艱，7級迎風(fēng)走不便，

8級風(fēng)吹樹枝斷，9級屋頂飛瓦片，

10級拔樹又倒屋，11.12陸上很少見

風(fēng)向與風(fēng)速風(fēng)是一種矢量，通常用風(fēng)向與風(fēng)速兩個要素表示。風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向，如果風(fēng)是從北方吹來就稱為北風(fēng)。風(fēng)速是表示風(fēng)移動的速度，即單位時間內(nèi)空氣流動所經(jīng)過的距離。顯然風(fēng)向和風(fēng)速這兩個參數(shù)都是在變化的。

風(fēng)速風(fēng)速風(fēng)在單位時間內(nèi)所流過的距離稱為風(fēng)速V，單位m/s。（1）在某一瞬間測得的風(fēng)速叫瞬時風(fēng)速。在某一段時間內(nèi)，瞬時風(fēng)速的算術(shù)平均值，稱作平均風(fēng)速。（2）在一定時間內(nèi)，相同風(fēng)速出現(xiàn)的時數(shù)占測量總時數(shù)的百分比，稱作風(fēng)速頻率；在求得平均風(fēng)速的限定時間內(nèi)，最大風(fēng)速與最小風(fēng)速之差，稱為風(fēng)速變幅。風(fēng)速（3）可使風(fēng)力機起動運行的風(fēng)速是起動風(fēng)速；限制風(fēng)力機超速運行的上限風(fēng)速稱為切出風(fēng)速。（4）國內(nèi)通常取3m/s為起動風(fēng)速，20m/s為切除風(fēng)速，故把3~20m/s的風(fēng)速稱為有效風(fēng)速。及此算出來的風(fēng)速頻率和風(fēng)能分別稱為有效風(fēng)頻和有效風(fēng)能。風(fēng)的測定測風(fēng)系統(tǒng)自動測風(fēng)系統(tǒng)主要有6部分組成，包括傳感器、主機、數(shù)據(jù)存儲裝置、電源、安全與保護裝置。2.風(fēng)速測量風(fēng)速計：旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計、壓力式風(fēng)速計、散熱式風(fēng)速計。風(fēng)速記錄：機械式、電接式、電機式、光電式。風(fēng)速表示：各國表示速度的單位的方法不盡相同。3.風(fēng)向測量風(fēng)向標(biāo)是測量風(fēng)速的最通用裝置，有單翼型、雙翼型和流線型等。風(fēng)能的數(shù)學(xué)描述一、風(fēng)特性1.平均風(fēng)速和風(fēng)向2.脈動風(fēng)速3.平均風(fēng)速和風(fēng)向的表示4.平均風(fēng)速隨高度的變化二、風(fēng)能公式風(fēng)特性平均風(fēng)速和風(fēng)向1）平均風(fēng)速2）平均風(fēng)向在陸地上觀測風(fēng)向用16個方位（海上用32個方位）脈動風(fēng)速：某時刻t，空間某點上的瞬時風(fēng)速與平均風(fēng)速的差值。脈動風(fēng)速風(fēng)玫瑰圖風(fēng)玫瑰圖——一個給定地點一段時間內(nèi)的風(fēng)向分布圖。通過它可以得知當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。最常見的風(fēng)玫瑰圖是一個圓，圓上引出16條放射線，它們代表16個不同的方向，每條直線的長度與這個方向的風(fēng)的頻度成正比。是反映風(fēng)能資源的特性。根據(jù)風(fēng)能玫瑰圖（能量密度玫瑰圖）即可以看出哪個方向的風(fēng)具有能量的優(yōu)勢。

風(fēng)玫瑰圖風(fēng)能玫瑰圖在極坐標(biāo)圖上繪出給定地一年內(nèi)各方向風(fēng)能值的統(tǒng)計圖。風(fēng)的特性特性：周期性、隨機性、多樣性、復(fù)雜性風(fēng)廓線受到地表面植被、建筑物等的摩擦影響，越靠近地表面，風(fēng)變得越弱。植被、建筑物等的粗糙程度稱為地表面粗糙長度，地表面粗糙長度越大，風(fēng)就越弱。風(fēng)速隨高度的變化（風(fēng)剪切數(shù)據(jù)模型）：風(fēng)廓線windprofile：一定的地面粗糙長度下，風(fēng)速隨距地面高度的變化稱為風(fēng)廓線。地形對風(fēng)的影響地形會造成風(fēng)速差異，不同地形的風(fēng)速和空曠平地的風(fēng)速比值（如下表）可以推算相似地形下的風(fēng)速。不同地形下風(fēng)速與平坦地面風(fēng)速比值表

地形平

地

平

均

風(fēng)

速3~5米／秒6~8米／秒比

值山間盆地0.95~0.850.85~0.75彎曲河谷地0.80~0.700.70~0.60山瘠背風(fēng)坡0.90~0.800.80~0.70山瘠迎風(fēng)坡1.10~1.201.10風(fēng)頻分布風(fēng)速頻率分布是某個期間的風(fēng)速，通常以1m/s為一個風(fēng)速的區(qū)域間，統(tǒng)計每個風(fēng)速區(qū)間內(nèi)風(fēng)速出現(xiàn)的次數(shù)。以每個區(qū)間出現(xiàn)的次數(shù)占總次數(shù)的比例來表示。國際IEA推薦測試方法——比恩法（Bins）：根據(jù)對風(fēng)頻測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析進行數(shù)學(xué)關(guān)系擬合，風(fēng)頻分布可用威布爾（Weibull)分布、瑞利（Rayleigh)分布、對數(shù)正態(tài)分布三種數(shù)學(xué)模型表示。因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量。空氣流具有的動能稱風(fēng)能?？諝饬魉僭礁?，動能越大。1秒鐘通過面積為A的空氣所具有的動能，稱之為風(fēng)所具有的功率。1秒鐘通過1m2面積的空氣所具有的動能，稱之為風(fēng)能密度，是評價風(fēng)能資源的重要參數(shù)。三、風(fēng)能及其描述3、風(fēng)能計算風(fēng)能的利用就是將流動空氣擁有的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。流動空氣所具有的動能：風(fēng)能功率：風(fēng)在單位時間垂直截面A所做的功

風(fēng)能密度：風(fēng)在單位時間垂直通過單位面積所做的功N·m/sW/m25m/s——75W/m2；10——600W/m2，15——2025W/m2，20——4800W/m24風(fēng)能資源的特征優(yōu)點：(1)儲量巨大，可再生(2)不污染環(huán)境，不影響生態(tài)平衡。(3)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能比較簡單，容易實現(xiàn)。缺點(1)不穩(wěn)定風(fēng)能常隨季節(jié)、晝夜變化而變化，當(dāng)風(fēng)小或無風(fēng)時還想利用它，則涉及到能量儲存問題，需要儲能設(shè)備。(2)密度低這是風(fēng)能的一個重要缺陷。(3)地區(qū)差異大風(fēng)能受地形地貌的影響較大，即使在同一個區(qū)域，有利地形處的風(fēng)往往是不利地形處的幾倍乃至更多

能源類別風(fēng)能3m/s水能流速3m/s波浪能波高2m潮汐能潮差10m太陽能晴天平均晝夜平均能流密度kW/m20.0220301001.00.16影響風(fēng)能利用的主要因素①垂直高度；②地形地貌；③地理位置；④障礙物。區(qū)劃指標(biāo)體系主要考慮有效風(fēng)能密度的大小和全年有效累積小時數(shù)。風(fēng)能豐富區(qū)（“Ⅰ”區(qū)）：年平均有效風(fēng)能密度大于200W／m2、3～20m／s風(fēng)速的年累積小時數(shù)大于5000h；風(fēng)能較豐富區(qū)（“Ⅱ”區(qū)）：年平均有效風(fēng)能密度150～200W／m2

、3～20m／s風(fēng)速的年累積小時數(shù)在4000～5000h；風(fēng)能可利用區(qū)（“Ⅲ”區(qū)）：年平均有效風(fēng)能密度50～150W／m2

、3～20m／s風(fēng)速的年累積小時數(shù)在2000～4000h；風(fēng)能貧乏區(qū)（“

Ⅳ”區(qū)）：年平均有效風(fēng)能密度50W／m2以下、3～20m／s風(fēng)速的年累積小時數(shù)在2000h以下。四、我國風(fēng)能資源特點及區(qū)域劃分我國風(fēng)能資源區(qū)劃風(fēng)能豐富區(qū)東南沿海、山東半島、遼東半島內(nèi)蒙古、甘肅北部地區(qū)松花江下游區(qū)風(fēng)能較豐富區(qū)東南沿海內(nèi)陸和渤海沿海區(qū)三北的北部區(qū)青藏高原風(fēng)能可利用區(qū)兩廣沿海區(qū)大小興安嶺地區(qū)中部地區(qū)風(fēng)能貧乏區(qū)川云貴和南嶺山地區(qū)雅魯藏布江和昌都區(qū)塔里木盆地西部區(qū)風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在西北、華北和東北的草原和戈壁，以及東部和東南沿海及島嶼西部地區(qū)的風(fēng)能資源占全國風(fēng)能資源的50%以上（P11材料）甘肅省實際可開發(fā)的風(fēng)能儲量為1143萬kW青海省為2421萬kW新疆維吾爾自治區(qū)為3433萬kW內(nèi)蒙古自治區(qū)為6178萬kW。云南省和西藏自治區(qū)也有很多地區(qū)可以利用風(fēng)能。我國探明風(fēng)能理論儲量為32.26億KW（P10)可發(fā)利用為2.53億KW，近?？衫蔑L(fēng)能7.5億KW東南沿海是最大風(fēng)能資源區(qū)，風(fēng)能密度為200W/M2～300W/M2大于6m/s的風(fēng)速時間，全年3000h以上就可取得較大經(jīng)濟利潤效益我國的風(fēng)力資源160億元風(fēng)能發(fā)電計劃即將啟動，擬在全國范圍選擇20個10萬千瓦以上的大型風(fēng)電場季風(fēng)氣候是我國風(fēng)力開發(fā)的優(yōu)勢冬季季風(fēng)在華北長達6個月，東北長達7個月東南季風(fēng)則遍及我國的東半壁全國風(fēng)力資源的總儲量為每年16億kw近期可開發(fā)的約為1．6億kw內(nèi)蒙古、青海、黑龍江、甘肅等省風(fēng)能儲量居我國前列，年平均風(fēng)速大于3m/s的天數(shù)在200天以上我國的風(fēng)力資源利用我國現(xiàn)有風(fēng)電裝機約為50萬千瓦，如果以年平均40%的速度上升，到2020年，將能期望上升至1億千瓦，即占2020年電力裝機10億千瓦的10%，占發(fā)電站總量的5%。風(fēng)電技術(shù)已相當(dāng)成熟，風(fēng)電成本已具有市場競爭能力，在國外風(fēng)電成本已下降到比火力發(fā)電略高一些，并仍在不斷下降中。我國將能期望由西南地區(qū)的水電、東南沿海地區(qū)風(fēng)電和東北西北地區(qū)的風(fēng)電分別實現(xiàn)各個不同地區(qū)發(fā)展所需電力。潛在市場及發(fā)展趨勢西部大開發(fā)、提高邊遠地區(qū)農(nóng)牧民生活水平，需要小風(fēng)電1985年前生產(chǎn)的小型風(fēng)力發(fā)電機組需要更新?lián)Q代邊遠地區(qū)、海島的部隊駐軍、邊防哨所、微波站、氣象臺站、沿海和內(nèi)陸湖泊養(yǎng)殖業(yè)沒有常規(guī)電源的地方中國出口小型風(fēng)電機的數(shù)量在逐年增加國家“光明工程”、“全球環(huán)境基金／ＧＥＦ世界銀行中國可再生能源商業(yè)化促進項目”農(nóng)業(yè)部、財政部設(shè)立的“農(nóng)村小型公益設(shè)施建設(shè)補助資金農(nóng)村能源項目”我國風(fēng)能資源特點1、風(fēng)能資源季節(jié)分布與水能資源互補：中國風(fēng)能資源豐富但季節(jié)分布不均勻，一般春、秋和冬季豐富，夏季貧乏。水能資源豐富，雨季在南方大致是3月到6月，或4月到7月，在這期間的降水量占全年的50%～60%；在北方，不僅降水量小于南方，而且分布更不均勻，冬季是枯水季節(jié)，夏季為豐水季節(jié)。豐富的風(fēng)能資源與水能資源季節(jié)分布剛好互補，大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電可以一定程度上彌補中國水電冬春兩季枯水期發(fā)電電力和電量之不足。2、風(fēng)能資源地理分布與電力負荷不匹配：沿海地區(qū)電力負荷大，但是其風(fēng)能資源豐富的陸地面積??；北部地區(qū)風(fēng)能資源很豐富，電力負荷卻很小，給風(fēng)電的開發(fā)帶來經(jīng)濟性困難。由于大多數(shù)風(fēng)能資源豐富區(qū)，遠離電力負荷中心，電網(wǎng)建設(shè)薄弱，大規(guī)模開發(fā)需要電網(wǎng)延伸的支撐。

中國風(fēng)能發(fā)展需要制度創(chuàng)新中國風(fēng)力資源豐富，但風(fēng)電發(fā)展落后原因：缺乏透明、完整、可持續(xù)、有效力的風(fēng)能政策和法律制度國家發(fā)改委制定的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》指出：到2020年中國風(fēng)電裝機容量將達到2000萬瓦，要實現(xiàn)這一目標(biāo)需要制度創(chuàng)新五、風(fēng)系及風(fēng)能潛力為了測算可利用的區(qū)域性風(fēng)能資源，在過去的10年間，許多國家都對風(fēng)進行了深入的研究。其中有的研究成果已經(jīng)被編成風(fēng)的圖譜集，例如《美國風(fēng)