干旱區(qū)風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境的多維影響研究——以蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場為例一、引言1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的持續(xù)增長以及對環(huán)境保護意識的日益增強，可再生能源的開發(fā)與利用已成為當(dāng)今社會發(fā)展的關(guān)鍵課題。風(fēng)能作為一種清潔、可再生的能源，具有無污染、可持續(xù)、成本逐漸降低等顯著優(yōu)勢，在全球范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注與大力發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的主要形式，近年來，全球風(fēng)電場的規(guī)模和數(shù)量都呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢。我國風(fēng)能資源豐富，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國陸地10米高度層的風(fēng)能資源總儲量約為32.26億千瓦，可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約為2.53億千瓦；海上風(fēng)能資源也極為可觀，在水深5-25米的海域，風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量約為2億千瓦。我國現(xiàn)已成為全球最大的風(fēng)電國家，風(fēng)電裝機容量持續(xù)攀升，風(fēng)電場在國內(nèi)的分布也愈發(fā)廣泛，從沿海地區(qū)到內(nèi)陸高原，從東北平原到西北荒漠，都能見到風(fēng)電場的身影。內(nèi)蒙古自治區(qū)作為我國風(fēng)能資源最為豐富的地區(qū)之一，其風(fēng)能總儲量達到8.98萬千瓦，風(fēng)能技術(shù)可開發(fā)利用量為1.5億千瓦，占全國可利用風(fēng)能儲量的40%，風(fēng)速的季節(jié)變化和日變化與生產(chǎn)生活用電規(guī)律契合，且地域遼闊、人口稀少、地勢平坦，具備建設(shè)大型風(fēng)電場的優(yōu)越條件，風(fēng)電裝機容量快速增長，2023年已突破6000萬千瓦，達到6961萬千瓦，較2022年增長了52.38%，增速顯著。蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場位于內(nèi)蒙古自治區(qū)，地處典型的干旱區(qū)。該地區(qū)天然草場面積達2.1萬平方公里，屬于干旱、半干旱荒漠草原，平均海拔1000-1400米，地勢南高北低，絕大部分地勢平坦開闊，年平均降水量僅190毫米左右，氣候干旱特征明顯。朱日和風(fēng)電場70米高處年平均風(fēng)速8.7m/s，年平均風(fēng)功率密度為578.4w/㎡，年有效風(fēng)速小時數(shù)為8402小時，風(fēng)力開發(fā)條件得天獨厚，是我國建設(shè)的第一個大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機組所在地，也是內(nèi)蒙古自治區(qū)建設(shè)的第一家測風(fēng)場，在我國風(fēng)電發(fā)展歷程中具有標(biāo)志性意義。然而，風(fēng)電場的大規(guī)模建設(shè)和運行在帶來清潔能源的同時，也不可避免地對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定影響。風(fēng)電機組的運行會改變局地的氣流運動，導(dǎo)致風(fēng)速、風(fēng)向發(fā)生變化，進而影響大氣邊界層的結(jié)構(gòu)和能量交換過程。這種改變可能引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，對周邊地區(qū)的溫度、濕度、降水等微氣象要素產(chǎn)生影響，打破原有的氣象平衡。例如，風(fēng)電場內(nèi)部及周邊區(qū)域的風(fēng)速可能會因風(fēng)機的阻擋和能量提取而降低，而湍流強度則會增加；溫度和濕度的分布也可能出現(xiàn)異常，影響局部的氣候舒適度和生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)；降水模式的改變雖然在研究中尚未形成一致結(jié)論，但已有研究表明可能會對區(qū)域水資源產(chǎn)生潛在影響。在干旱區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)本就脆弱，對氣象條件的變化極為敏感，風(fēng)電場建設(shè)對局地微氣象環(huán)境的任何改變都可能被放大，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡、植被生長、土壤水分保持等產(chǎn)生深遠影響，威脅到干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。準(zhǔn)確評估風(fēng)電場建設(shè)對環(huán)境的影響，尤其是對局地微氣象環(huán)境的影響，已成為建設(shè)低碳、環(huán)保型風(fēng)電場的必要前提和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場為例開展深入研究，具有多方面的重要意義。從科學(xué)認知角度來看，有助于深化我們對風(fēng)電場與局地微氣象環(huán)境相互作用機制的理解，填補干旱區(qū)風(fēng)電場環(huán)境影響研究的部分空白，豐富和完善相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)理論體系。在實踐應(yīng)用方面，能為風(fēng)電場的科學(xué)規(guī)劃、合理布局和優(yōu)化運營提供堅實的數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)風(fēng)電場建設(shè)在追求經(jīng)濟效益的同時，最大程度降低對環(huán)境的負面影響，實現(xiàn)風(fēng)電開發(fā)與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)共進。對于干旱區(qū)而言，本研究結(jié)果可為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)保護和可持續(xù)發(fā)展提供關(guān)鍵參考，助力制定針對性的生態(tài)保護策略和環(huán)境管理措施，保護干旱區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境，維護生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡，保障區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀風(fēng)電場對氣象環(huán)境影響的研究在國內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注，眾多學(xué)者運用多種方法從不同角度展開了深入研究。在國外，早期的研究主要集中在風(fēng)電場對近地面風(fēng)速和湍流的影響方面。如[具體學(xué)者1]通過對美國某風(fēng)電場的實地觀測，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場內(nèi)部及周邊一定范圍內(nèi)的風(fēng)速明顯降低，而湍流強度顯著增加，且這種影響的程度與風(fēng)電機組的布局、高度以及地形等因素密切相關(guān)。[具體學(xué)者2]利用大渦模擬（LES）模型，對丹麥某風(fēng)電場進行數(shù)值模擬研究，詳細分析了風(fēng)電場尾流的形成、發(fā)展和衰減過程，揭示了尾流對下游區(qū)域風(fēng)速和湍流結(jié)構(gòu)的影響機制。隨著研究的不斷深入，國外學(xué)者開始關(guān)注風(fēng)電場對區(qū)域氣候的影響。[具體學(xué)者3]運用區(qū)域氣候模式（RCM），模擬了歐洲大規(guī)模風(fēng)電場建設(shè)對區(qū)域溫度、降水和大氣環(huán)流的影響，研究結(jié)果表明，風(fēng)電場的存在可能導(dǎo)致區(qū)域平均溫度升高，降水分布發(fā)生改變，雖然這種影響在不同地區(qū)存在差異，但也凸顯了風(fēng)電場對區(qū)域氣候影響的復(fù)雜性和不確定性。在國內(nèi)，相關(guān)研究起步相對較晚，但發(fā)展迅速。早期的研究多基于數(shù)值模擬方法，如[具體學(xué)者4]采用中尺度天氣預(yù)報模式（WRF），對我國西北某風(fēng)電場進行模擬，分析了風(fēng)電場建設(shè)前后局地氣象要素的變化，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場會使近地面風(fēng)速減小，溫度略有升高。近年來，隨著我國風(fēng)電場建設(shè)的大規(guī)模推進，越來越多的實地觀測研究也相繼展開。[具體學(xué)者5]在內(nèi)蒙古某風(fēng)電場開展長期的微氣象觀測，獲取了風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等氣象要素的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，通過對比分析風(fēng)電場建設(shè)前后以及場內(nèi)場外的氣象數(shù)據(jù)，定量評估了風(fēng)電場對這些氣象要素的影響程度和范圍。同時，國內(nèi)學(xué)者也關(guān)注風(fēng)電場對生態(tài)環(huán)境的間接影響，[具體學(xué)者6]研究了風(fēng)電場對周邊植被生長和土壤水分的影響，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場建設(shè)后，由于微氣象環(huán)境的改變，周邊植被的生長狀況和土壤水分含量也發(fā)生了相應(yīng)變化，這進一步說明了風(fēng)電場對氣象環(huán)境影響的連鎖反應(yīng)。盡管國內(nèi)外在風(fēng)電場對氣象環(huán)境影響的研究方面取得了豐碩成果，但針對干旱區(qū)風(fēng)電場的研究仍存在明顯不足。干旱區(qū)具有獨特的氣候、地形和生態(tài)特征，其大氣邊界層結(jié)構(gòu)和能量交換過程與其他地區(qū)存在顯著差異?，F(xiàn)有的研究大多集中在濕潤或半濕潤地區(qū)，對于干旱區(qū)風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境的影響研究相對較少。在干旱區(qū)，水資源稀缺，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，風(fēng)電場建設(shè)對局地微氣象環(huán)境的改變可能會對水資源、植被和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生更為深遠和復(fù)雜的影響，而目前這方面的研究還不夠系統(tǒng)和深入。不同研究在方法、模型和參數(shù)設(shè)置上存在差異，導(dǎo)致研究結(jié)果之間缺乏可比性和一致性，對于干旱區(qū)風(fēng)電場影響的一些關(guān)鍵問題，如對降水的影響機制、長期累積效應(yīng)等，尚未形成明確的結(jié)論。因此，以蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場為例，開展干旱區(qū)風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境影響的研究十分必要，有助于填補這一領(lǐng)域的研究空白，為干旱區(qū)風(fēng)電場的科學(xué)規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供更具針對性的理論支持和實踐指導(dǎo)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容朱日和風(fēng)電場地理環(huán)境及建設(shè)情況分析：全面收集蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場周邊的地形地貌、土壤類型、植被覆蓋等地理環(huán)境資料，運用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)對該區(qū)域的地形起伏、坡度、坡向等進行詳細分析，明確風(fēng)電場建設(shè)對地表形態(tài)和土地利用的改變情況。同時，深入了解風(fēng)電場的建設(shè)規(guī)模，包括風(fēng)電機組的數(shù)量、型號、布局方式、單機容量、輪轂高度等參數(shù)，以及風(fēng)電場的建設(shè)時間、分期建設(shè)情況等信息，為后續(xù)研究風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和背景信息。通過實地考察和查閱相關(guān)規(guī)劃文件，評估風(fēng)電場建設(shè)過程中對周邊生態(tài)環(huán)境、交通、基礎(chǔ)設(shè)施等方面可能產(chǎn)生的直接和間接影響，分析其是否符合當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展規(guī)劃和環(huán)境保護要求。局地微氣象環(huán)境數(shù)據(jù)采集與分析：在朱日和風(fēng)電場及其周邊區(qū)域合理布設(shè)微氣象觀測站點，采用先進的微氣象觀測儀器，如超聲風(fēng)速儀、溫濕度傳感器、氣壓傳感器、輻射傳感器等，實時采集風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、太陽輻射等微氣象要素數(shù)據(jù)。觀測時間應(yīng)涵蓋不同季節(jié)、不同天氣條件下的情況，以獲取全面、具有代表性的氣象數(shù)據(jù)。對采集到的微氣象數(shù)據(jù)進行嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和處理，包括數(shù)據(jù)清洗、異常值剔除、插補缺失值等操作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。運用統(tǒng)計學(xué)方法，分析風(fēng)電場建設(shè)前后以及場內(nèi)場外各微氣象要素的變化特征，如均值、標(biāo)準(zhǔn)差、日變化、季節(jié)變化等，定量評估風(fēng)電場建設(shè)對局地氣象環(huán)境的影響程度和范圍。通過相關(guān)性分析、對比分析等方法，研究各微氣象要素之間的相互關(guān)系以及風(fēng)電場建設(shè)對這些關(guān)系的影響，揭示風(fēng)電場與局地微氣象環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系。風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境影響機理的數(shù)值模擬研究：利用中尺度天氣預(yù)報模式（WRF）等數(shù)值模擬工具，建立朱日和風(fēng)電場建設(shè)前后的高分辨率數(shù)值模擬模型。在模型中準(zhǔn)確設(shè)置風(fēng)電場的地理位置、地形參數(shù)、風(fēng)電機組參數(shù)等信息，合理選擇物理過程參數(shù)化方案，確保模擬結(jié)果的真實性和可靠性。運用建立的數(shù)值模擬模型，對風(fēng)電場建設(shè)前后的大氣環(huán)流、溫度場、濕度場、氣壓場等進行數(shù)值模擬，分析風(fēng)電場建設(shè)對這些氣象要素的時空分布和變化趨勢的影響。通過模擬不同工況下（如不同風(fēng)速、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度等）風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境的影響，深入探討風(fēng)電場影響局地微氣象環(huán)境的物理機制，包括風(fēng)電機組對氣流的阻擋、擾動作用，尾流效應(yīng)的形成和傳播，以及由此導(dǎo)致的大氣邊界層結(jié)構(gòu)和能量交換過程的改變等。將數(shù)值模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行對比驗證，評估模型的模擬精度和可靠性，進一步優(yōu)化模型參數(shù)和設(shè)置，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。風(fēng)電場周邊植被變化的圖像處理與分析：收集朱日和風(fēng)電場建設(shè)前后不同時期的高分辨率衛(wèi)星遙感影像和無人機航拍影像，運用圖像處理軟件和遙感分析技術(shù)，對影像進行幾何校正、輻射定標(biāo)、圖像增強等預(yù)處理，提高影像的質(zhì)量和可解譯性。通過監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類、面向?qū)ο蠓诸惖确椒ǎ瑢τ跋裰械闹脖恍畔⑦M行提取和分類，獲取風(fēng)電場周邊植被的類型、分布范圍和覆蓋度等信息。對比風(fēng)電場建設(shè)前后植被信息的變化情況，分析風(fēng)電場建設(shè)對周邊植被生長和分布的影響，如植被覆蓋度的增減、植被類型的轉(zhuǎn)變等。結(jié)合微氣象觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，探討風(fēng)電場建設(shè)導(dǎo)致的微氣象環(huán)境變化對植被生長和生態(tài)系統(tǒng)的影響機制，包括溫度、濕度、光照、降水等氣象要素的改變對植被生理過程、群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的影響。風(fēng)電場建設(shè)對局地微氣象環(huán)境影響的綜合評估與建議：綜合考慮地理環(huán)境分析、微氣象數(shù)據(jù)觀測與分析、數(shù)值模擬研究以及植被變化分析的結(jié)果，全面評估朱日和風(fēng)電場建設(shè)對局地微氣象環(huán)境的影響，包括短期和長期影響、直接和間接影響、正面和負面影響等方面。建立風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境影響的綜合評價指標(biāo)體系，運用層次分析法、模糊綜合評價法等方法，對風(fēng)電場的影響進行量化評價，明確其對不同氣象要素和生態(tài)系統(tǒng)的影響程度和重要性排序。根據(jù)綜合評估結(jié)果，從風(fēng)電場的規(guī)劃布局、機組選型、運行管理等方面提出針對性的建議和措施，以降低風(fēng)電場建設(shè)對局地微氣象環(huán)境的負面影響，實現(xiàn)風(fēng)電開發(fā)與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展。同時，為干旱區(qū)風(fēng)電場的科學(xué)規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供理論支持和實踐指導(dǎo)，為相關(guān)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。1.3.2研究方法實地觀測法：在朱日和風(fēng)電場及其周邊區(qū)域設(shè)置多個微氣象觀測站，構(gòu)建觀測網(wǎng)絡(luò)。這些觀測站配備先進的氣象觀測儀器，按照統(tǒng)一的觀測規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓等微氣象要素進行長期、連續(xù)的實時監(jiān)測，獲取第一手的實測數(shù)據(jù)。通過在不同位置和高度設(shè)置觀測點，對比分析風(fēng)電場內(nèi)外以及不同距離處的氣象要素差異，準(zhǔn)確評估風(fēng)電場對周邊微氣象環(huán)境的影響范圍和程度。同時，結(jié)合實地考察，記錄風(fēng)電場的建設(shè)情況、地形地貌特征、植被覆蓋狀況等信息，為數(shù)據(jù)分析和研究提供全面的背景資料。數(shù)值模擬法：運用中尺度天氣預(yù)報模式（WRF），并結(jié)合風(fēng)電場參數(shù)化方案，建立高精度的數(shù)值模擬模型。在模型中詳細設(shè)定風(fēng)電場的地理位置、地形條件、下墊面特征以及風(fēng)電機組的各項參數(shù)，如機組的尺寸、布局、葉片旋轉(zhuǎn)特性等，使其盡可能真實地反映實際情況。通過模擬風(fēng)電場建設(shè)前后不同氣象條件下的大氣流動和能量交換過程，預(yù)測風(fēng)電場對區(qū)域風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓等氣象要素的影響，深入探究其影響機理和規(guī)律。對模擬結(jié)果進行敏感性分析，研究不同參數(shù)設(shè)置和物理過程對模擬結(jié)果的影響，優(yōu)化模型參數(shù)，提高模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。遙感分析法：利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，獲取風(fēng)電場建設(shè)前后不同時期的多源遙感影像，包括光學(xué)影像、熱紅外影像等。運用遙感圖像處理軟件和分析方法，對影像進行預(yù)處理和信息提取，獲取風(fēng)電場周邊植被覆蓋度、植被類型、地表溫度、土壤水分等信息的時空變化情況。通過對比分析不同時期的遙感數(shù)據(jù)，評估風(fēng)電場建設(shè)對周邊生態(tài)環(huán)境的影響，尤其是對植被生長和生態(tài)系統(tǒng)的影響。結(jié)合地面實測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，驗證遙感分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，并進一步深入分析風(fēng)電場與周邊生態(tài)環(huán)境之間的相互作用機制。統(tǒng)計分析法：對實地觀測獲取的微氣象數(shù)據(jù)以及遙感分析得到的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。運用描述性統(tǒng)計方法，計算各氣象要素和生態(tài)指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值等統(tǒng)計量，了解數(shù)據(jù)的基本特征和分布規(guī)律。采用相關(guān)性分析、回歸分析等方法，研究不同氣象要素之間以及氣象要素與生態(tài)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，揭示風(fēng)電場建設(shè)對微氣象環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響機制。運用時間序列分析方法，分析氣象要素和生態(tài)指標(biāo)隨時間的變化趨勢，評估風(fēng)電場建設(shè)的長期影響。通過對比分析風(fēng)電場建設(shè)前后以及不同區(qū)域的數(shù)據(jù)，確定風(fēng)電場對周邊環(huán)境影響的顯著性和影響范圍。1.4技術(shù)路線本研究以蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場為研究對象，深入探究干旱區(qū)風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境的影響，技術(shù)路線如下：研究準(zhǔn)備階段：全面收集與整理蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場相關(guān)的各類資料，包括風(fēng)電場的建設(shè)規(guī)劃、運行數(shù)據(jù)、地理位置信息，以及該地區(qū)的地形地貌、土壤類型、植被覆蓋、氣象歷史數(shù)據(jù)等。運用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，對風(fēng)電場及周邊區(qū)域的地理環(huán)境進行可視化分析，明確風(fēng)電場在區(qū)域中的位置、范圍以及周邊環(huán)境特征，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。同時，根據(jù)研究目標(biāo)和內(nèi)容，制定詳細的數(shù)據(jù)采集方案和研究計劃，確定所需的觀測儀器、觀測站點布局、觀測時間等，確保研究的科學(xué)性和可行性。數(shù)據(jù)采集與分析階段：在朱日和風(fēng)電場及其周邊區(qū)域，按照既定的觀測方案，合理設(shè)置多個微氣象觀測站，運用超聲風(fēng)速儀、溫濕度傳感器、氣壓傳感器、輻射傳感器等高精度儀器，對風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、太陽輻射等微氣象要素進行長期、連續(xù)的實時監(jiān)測，獲取第一手實測數(shù)據(jù)。對采集到的微氣象數(shù)據(jù)進行嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，包括剔除異常值、填補缺失值、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等操作，運用統(tǒng)計學(xué)方法，如均值、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)性分析、趨勢分析等，深入剖析各微氣象要素的變化特征和相互關(guān)系，初步評估風(fēng)電場建設(shè)對局地微氣象環(huán)境的影響程度和范圍。風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境影響研究階段：利用中尺度天氣預(yù)報模式（WRF）等數(shù)值模擬工具，結(jié)合風(fēng)電場的實際參數(shù)和當(dāng)?shù)氐牡匦巍⑾聣|面條件，構(gòu)建風(fēng)電場建設(shè)前后的高分辨率數(shù)值模擬模型。通過調(diào)整模型參數(shù)和物理過程方案，對不同氣象條件下的大氣環(huán)流、溫度場、濕度場、氣壓場等進行數(shù)值模擬，預(yù)測風(fēng)電場建設(shè)對這些氣象要素的時空分布和變化趨勢的影響，深入探討風(fēng)電場影響局地微氣象環(huán)境的物理機制，如尾流效應(yīng)、湍流增強、能量交換改變等。將數(shù)值模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行對比驗證，評估模型的模擬精度和可靠性，進一步優(yōu)化模型，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用高分辨率衛(wèi)星遙感影像和無人機航拍影像，運用遙感圖像處理技術(shù)和植被指數(shù)分析方法，提取風(fēng)電場周邊植被的覆蓋度、類型、生長狀況等信息，對比風(fēng)電場建設(shè)前后植被信息的變化情況，分析風(fēng)電場建設(shè)對周邊植被生長和分布的影響，結(jié)合微氣象觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，探討微氣象環(huán)境變化對植被生長和生態(tài)系統(tǒng)的影響機制。綜合評估與建議階段：綜合考慮地理環(huán)境分析、微氣象數(shù)據(jù)觀測與分析、數(shù)值模擬研究以及植被變化分析的結(jié)果，全面評估朱日和風(fēng)電場建設(shè)對局地微氣象環(huán)境的影響，包括短期和長期影響、直接和間接影響、正面和負面影響等方面。建立風(fēng)電場對局地微氣象環(huán)境影響的綜合評價指標(biāo)體系，運用層次分析法、模糊綜合評價法等方法，對風(fēng)電場的影響進行量化評價，明確其對不同氣象要素和生態(tài)系統(tǒng)的影響程度和重要性排序。根據(jù)綜合評估結(jié)果，從風(fēng)電場的規(guī)劃布局、機組選型、運行管理等方面提出針對性的建議和措施，以降低風(fēng)電場建設(shè)對局地微氣象環(huán)境的負面影響，實現(xiàn)風(fēng)電開發(fā)與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展。同時，為干旱區(qū)風(fēng)電場的科學(xué)規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供理論支持和實踐指導(dǎo)，為相關(guān)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。二、研究區(qū)概況2.1地理位置蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟蘇尼特右旗朱日和鎮(zhèn)境內(nèi)。內(nèi)蒙古自治區(qū)地處我國北部邊疆，是我國跨經(jīng)度最廣的省級行政區(qū)，其獨特的地理位置決定了區(qū)內(nèi)自然環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性。蘇尼特右旗位于錫林郭勒大草原西部，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)111°08′～114°16′，北緯41°55′～43°39′之間。朱日和鎮(zhèn)處于蘇尼特右旗西南部，是連接周邊多個旗縣的重要節(jié)點。朱日和風(fēng)電場周邊地理環(huán)境特征顯著。從地形地貌來看，其所在區(qū)域平均海拔1000-1400米，地勢總體呈現(xiàn)南高北低的態(tài)勢。除南部部分地區(qū)屬于丘陵地帶外，絕大部分區(qū)域地勢平坦開闊，這種平坦開闊的地形條件有利于大規(guī)模風(fēng)電場的建設(shè)和風(fēng)機的布局，減少地形對風(fēng)電場建設(shè)和運行的阻礙。同時，平坦的地形使得風(fēng)在流動過程中受到的摩擦力相對較小，有利于風(fēng)能的穩(wěn)定傳輸和利用。從周邊交通情況分析，朱日和風(fēng)電場交通較為便利，有多條公路干線穿過或臨近，為風(fēng)電場建設(shè)所需的設(shè)備運輸、施工人員通行以及后期風(fēng)電場的運營維護提供了便利條件。公路網(wǎng)絡(luò)的完善降低了運輸成本，提高了運輸效率，保障了風(fēng)電場建設(shè)和運營的順利進行。在周邊人口分布方面，朱日和鎮(zhèn)人口相對稀疏，風(fēng)電場建設(shè)對居民生活的干擾較小，且能為當(dāng)?shù)貛硪欢ǖ慕?jīng)濟發(fā)展機遇，如就業(yè)機會的增加、基礎(chǔ)設(shè)施的改善等。朱日和風(fēng)電場在內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)能資源分布中占據(jù)重要地位。內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)能資源豐富，是我國風(fēng)能開發(fā)的重點區(qū)域之一，而朱日和風(fēng)電場所在的蘇尼特右旗更是風(fēng)能資源富集區(qū)。該地區(qū)70米高處年平均風(fēng)速可達8.7m/s，年平均風(fēng)功率密度為578.4w/㎡，年有效風(fēng)速小時數(shù)高達8402小時。這些優(yōu)異的風(fēng)能資源條件使得朱日和風(fēng)電場具備大規(guī)模開發(fā)風(fēng)能的先天優(yōu)勢，成為我國風(fēng)電發(fā)展的重要基地之一。同時，朱日和風(fēng)電場作為我國建設(shè)的第一個大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機組所在地以及內(nèi)蒙古自治區(qū)建設(shè)的第一家測風(fēng)場，在我國風(fēng)電發(fā)展歷程中具有開創(chuàng)性和標(biāo)志性意義，對我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)、經(jīng)驗積累等方面都起到了重要的推動作用。2.2氣候條件蘇尼特右旗朱日和地區(qū)屬于典型的干旱區(qū)大陸性氣候，其氣候條件具有鮮明的特點，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人類活動產(chǎn)生著深遠影響。從降水方面來看，該地區(qū)降水稀少且分布不均。朱日和氣象站數(shù)據(jù)顯示，1991-2022年期間，年降水量平均僅約202.3mm，降水距平百分率表現(xiàn)出略微下降的趨勢，變化傾向率為-0.022/10a。在這32年間，有13年出現(xiàn)了不同程度的干旱災(zāi)害天氣，占降水距平百分率總序列的40.63%，干旱災(zāi)害程度以輕旱和中旱為主。從季節(jié)變化上，春季、夏季降水距平百分率呈逐漸下降規(guī)律，變化速率分別是-0.048/10a、-0.084/10a；秋季、冬季降水距平百分率逐漸上升，變化速率分別是0.140/10a、0.195/10a。各季節(jié)中，秋季發(fā)生干旱災(zāi)害的概率最大，少數(shù)年份還會出現(xiàn)季節(jié)連旱，如1992年的秋冬連旱、1994年的春夏連旱以及2020年、2022年的春、夏、秋三季連旱。降水的這種時空分布特征，導(dǎo)致該地區(qū)水資源匱乏，對農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。蒸發(fā)方面，由于該地區(qū)氣候干旱，太陽輻射強烈，年平均蒸發(fā)量遠遠超過降水量。強烈的蒸發(fā)作用使得土壤水分迅速散失，進一步加劇了干旱程度，導(dǎo)致土地沙化和荒漠化問題日益嚴(yán)重。在植被生長季節(jié)，高蒸發(fā)量與有限的降水形成鮮明對比，使得植被生長面臨水分短缺的困境，植被覆蓋度較低，生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱。氣溫方面，1993-2022年朱日和地區(qū)年平均氣溫為6.0℃，且以0.25℃/10a的速率呈明顯的上升趨勢。氣溫的升高導(dǎo)致地表水分蒸發(fā)加劇，進一步惡化了干旱狀況。同時，氣溫的季節(jié)變化顯著，冬季寒冷漫長，平均氣溫在-10℃以下，極端最低氣溫可達-30℃左右；夏季溫涼短促，平均氣溫在18-22℃之間，晝夜溫差大，日溫差可達15-20℃。這種較大的氣溫年較差和日較差，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和居民生活都產(chǎn)生了重要影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，較大的晝夜溫差有利于農(nóng)作物糖分的積累，但冬季的嚴(yán)寒和夏季的短促則限制了農(nóng)作物的生長周期和品種選擇；在畜牧業(yè)方面，冬季的低溫和大風(fēng)天氣增加了牲畜的越冬難度，需要加強防寒保暖措施。風(fēng)速方面，朱日和地區(qū)風(fēng)力資源豐富，年平均風(fēng)速可達8.7m/s，2min平均風(fēng)速以0.35(m/s)/10a的速率呈明顯的下降趨勢。該地區(qū)常年盛行西北風(fēng)，大風(fēng)日數(shù)較多，1993-2022年期間，大風(fēng)日數(shù)以9.01d/10a的速率呈明顯的下降趨勢，但年最多大風(fēng)日數(shù)仍可達120d。較大的風(fēng)速為風(fēng)電場的建設(shè)提供了得天獨厚的條件，使得該地區(qū)成為我國重要的風(fēng)電基地之一。然而，大風(fēng)天氣也帶來了一些負面影響，如加劇土壤風(fēng)蝕、造成沙塵天氣等。在干旱的氣候條件下，地表植被稀疏，土壤顆粒松散，大風(fēng)極易將地表的沙塵揚起，形成沙塵天氣，對當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量、交通和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。2001年3-5月，該地區(qū)降水量僅14.7mm，多次出現(xiàn)較強風(fēng)沙天氣，不僅影響了牧草生長，還對周邊地區(qū)的環(huán)境產(chǎn)生了不利影響。2.3地形地貌朱日和風(fēng)電場所在區(qū)域地形地貌以平原和低緩丘陵為主，平均海拔處于1000-1400米的區(qū)間。地勢呈現(xiàn)南高北低的態(tài)勢，南部存在部分丘陵地帶，而絕大部分區(qū)域地勢平坦開闊。這種地形特征對氣象環(huán)境有著多方面的顯著影響。從氣流運動角度來看，平坦開闊的地形使得風(fēng)在該區(qū)域的流動較為順暢，摩擦力較小。在沒有明顯地形阻擋的情況下，風(fēng)速相對穩(wěn)定且較大，這為風(fēng)電場的建設(shè)提供了得天獨厚的風(fēng)能資源條件。相關(guān)研究表明，在平坦地形上，風(fēng)的能量損耗較小，能夠保持較高的動能，有利于風(fēng)電機組對風(fēng)能的高效捕獲和轉(zhuǎn)化。同時，這種地形條件也使得風(fēng)的方向相對穩(wěn)定，減少了風(fēng)向頻繁變化對風(fēng)電機組運行的不利影響，提高了風(fēng)電場發(fā)電的穩(wěn)定性和可靠性。然而，風(fēng)電場的建設(shè)改變了原有的地形下墊面狀況。大量風(fēng)電機組的矗立增加了地表粗糙度，猶如在原本平滑的氣流通道中設(shè)置了眾多障礙物。當(dāng)風(fēng)經(jīng)過風(fēng)電場時，風(fēng)電機組的葉片和塔筒對氣流產(chǎn)生阻擋和擾動作用，導(dǎo)致氣流在風(fēng)電機組周圍發(fā)生分離、繞流和尾流現(xiàn)象。研究顯示，風(fēng)電機組的尾流區(qū)域內(nèi)，風(fēng)速會顯著降低，一般可降低20%-50%，同時湍流強度大幅增加，可增加數(shù)倍甚至更高。這種風(fēng)速和湍流的變化會進一步影響大氣邊界層的結(jié)構(gòu)和能量交換過程。在風(fēng)電場內(nèi)部，由于風(fēng)速的降低，空氣的水平輸送能力減弱，使得熱量、水汽等氣象要素的水平擴散受到抑制；而湍流強度的增加則促進了空氣的垂直混合，使得近地面的熱量、水汽等更容易向上輸送，從而改變了大氣邊界層內(nèi)的溫度、濕度等氣象要素的垂直分布。對于丘陵地帶，雖然其在整個風(fēng)電場區(qū)域中所占比例相對較小，但也對氣象環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。丘陵的存在使得地形起伏變化，形成了局部的山谷和山脊地形。在山谷地區(qū)，由于地形的阻擋和狹管效應(yīng)，氣流在山谷中加速，風(fēng)速增大；而在山脊地區(qū)，氣流受到地形的抬升作用，也會導(dǎo)致風(fēng)速的變化和氣流的垂直運動增強。這種地形引起的氣流變化與風(fēng)電場建設(shè)帶來的影響相互疊加，進一步增加了該區(qū)域氣象環(huán)境的復(fù)雜性。在山谷與風(fēng)電場的過渡區(qū)域，氣流的相互作用可能導(dǎo)致局部的風(fēng)速、風(fēng)向出現(xiàn)異常變化，對風(fēng)電場的運行和周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生特殊的影響，如可能影響鳥類的遷徙路線和棲息地選擇，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡造成潛在威脅。2.4水文狀況蘇尼特右旗朱日和風(fēng)電場所在區(qū)域?qū)儆诟珊祬^(qū)，其水文狀況具有鮮明的特點。該區(qū)域天然草場面積達2.1萬平方公里，屬于干旱、半干旱荒漠草原，境內(nèi)無常年性河流。雖然有40多處泉水和季節(jié)河，但泉水流量較小且不穩(wěn)定，季節(jié)河僅在降水較多的季節(jié)短暫出現(xiàn)水流，大部分時間干涸無水。從水資源總量來看，由于降水稀少，蒸發(fā)強烈，該地區(qū)水資源匱乏。據(jù)相關(guān)資料顯示，其年平均降水量僅190毫米左右，而年平均蒸發(fā)量卻遠遠超過降水量，導(dǎo)致地表水資源難以有效儲存和積累。地下水資源也相對有限，雖然全旗地下水資源量約3.4億立方米，但可開采量僅為1.2億立方米，且分布不均，部分地區(qū)開采難度較大。風(fēng)電場建設(shè)可能會對區(qū)域水文狀況產(chǎn)生多方面影響。風(fēng)電機組的建設(shè)和運行會改變下墊面狀況，增加地表粗糙度，進而影響地表徑流和土壤水分蒸發(fā)。一方面，地表粗糙度的增加可能使降水后的地表徑流速度減緩，部分降水更容易滲入地下，增加土壤含水量；另一方面，風(fēng)電機組的運行可能導(dǎo)致近地面風(fēng)速和湍流發(fā)生變化，影響土壤水分的蒸發(fā)速率。在干旱季節(jié)，風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的降低可能會減少土壤水分的蒸發(fā)，有利于土壤水分的保持；而在濕潤季節(jié)，湍流的增強可能會促進土壤水分的蒸發(fā)。風(fēng)電場建設(shè)還可能影響區(qū)域的水汽輸送和降水分布。雖然目前關(guān)于風(fēng)電場對降水影響的研究尚未形成一致結(jié)論，但已有研究表明，風(fēng)電場可能會通過改變大氣邊界層的結(jié)構(gòu)和氣流運動，對水汽的輸送和上升運動產(chǎn)生影響，進而間接影響降水的形成和分布。在朱日和風(fēng)電場這樣的干旱區(qū)，降水的微小變化都可能對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)和水資源平衡產(chǎn)生重要影響。2.5自然資源朱日和風(fēng)電場所在的蘇尼特右旗自然資源豐富，在多種資源中，風(fēng)力資源尤為突出，對風(fēng)電場的建設(shè)具有關(guān)鍵的推動作用。該地區(qū)年平均風(fēng)速達8.7m/s，年平均風(fēng)功率密度為578.4w/㎡，年有效風(fēng)速小時數(shù)高達8402小時，這些優(yōu)異的風(fēng)能指標(biāo)使得該地區(qū)成為我國一類風(fēng)能區(qū)和自治區(qū)風(fēng)電重點建設(shè)區(qū)。豐富的風(fēng)力資源為風(fēng)電場的建設(shè)提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，能夠保證風(fēng)電機組持續(xù)穩(wěn)定地獲取風(fēng)能，實現(xiàn)高效發(fā)電。從經(jīng)濟學(xué)角度分析，穩(wěn)定而充足的風(fēng)力資源可以降低風(fēng)電場的運營成本，提高發(fā)電效率，增加經(jīng)濟效益。以一臺單機容量為2MW的風(fēng)電機組為例，在朱日和這樣風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，其年發(fā)電量可比在風(fēng)力資源一般的地區(qū)高出20%-30%，大大提升了風(fēng)電場的投資回報率。除了風(fēng)力資源，該地區(qū)還擁有其他自然資源。天然草場面積廣闊，達2.1萬平方公里，屬于干旱、半干旱荒漠草原，為畜牧業(yè)的發(fā)展提供了一定的基礎(chǔ)。然而，由于氣候干旱，降水稀少，蒸發(fā)量大，水資源相對匱乏，境內(nèi)無常年性河流，僅有40多處泉水和季節(jié)河，這在一定程度上限制了農(nóng)業(yè)和其他需水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在礦產(chǎn)資源方面，朱日和鎮(zhèn)地下蘊藏著鐵、銅、黃金、花崗巖、石灰石、硅石等多種礦產(chǎn)資源，但這些礦產(chǎn)資源的開發(fā)與風(fēng)電場建設(shè)在土地利用、生態(tài)環(huán)境等方面可能存在一定的沖突。在風(fēng)電場建設(shè)過程中，需要合理規(guī)劃，協(xié)調(diào)好風(fēng)能開發(fā)與其他自然資源開發(fā)利用之間的關(guān)系，避免因資源開發(fā)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，確保區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。2.6土壤與植被狀況朱日和風(fēng)電場所在的干旱區(qū)，土壤類型主要為風(fēng)沙土和栗鈣土。風(fēng)沙土質(zhì)地疏松，顆粒較粗，保水保肥能力差，主要分布在地勢較為平坦、風(fēng)力較大的區(qū)域，是在長期的風(fēng)力侵蝕和堆積作用下形成的。栗鈣土則是該地區(qū)的地帶性土壤，具有腐殖質(zhì)積累層和鈣積層，但其有機質(zhì)含量相對較低，一般在1%-3%之間，土壤肥力水平不高，主要分布在植被覆蓋相對較好的區(qū)域。這些土壤特征是在干旱的氣候條件、稀疏的植被覆蓋以及強烈的風(fēng)力作用等多種因素共同影響下形成的。該地區(qū)植被呈現(xiàn)出稀疏、旱生特征發(fā)育的狀況。由于降水稀少，年平均降水量僅190毫米左右，蒸發(fā)量大，植被生長面臨著嚴(yán)重的水分脅迫。植被類型主要以旱生和超旱生的草本植物和小半灌木為主，如針茅、沙蔥、冷蒿等。這些植物具有一系列適應(yīng)干旱環(huán)境的特征，如根系發(fā)達，能夠深入地下尋找水源；葉片較小且厚，表面有角質(zhì)層或絨毛，可減少水分蒸發(fā)；有的植物還具有肉質(zhì)化的莖或葉，能夠儲存水分。植被覆蓋度較低，大部分地區(qū)植被覆蓋度在30%以下，在一些風(fēng)力侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域，植被覆蓋度甚至不足10%。這種植被狀況與當(dāng)?shù)氐奈庀蟓h(huán)境密切相關(guān)。植被稀疏使得地表缺乏有效保護，在風(fēng)力作用下，土壤易被侵蝕，導(dǎo)致土壤肥力下降，進一步影響植被的生長和恢復(fù)。而植被的減少又會使得近地面粗糙度降低，風(fēng)速增大，加劇了干旱氣候條件下的風(fēng)蝕作用，形成惡性循環(huán)。植被在調(diào)節(jié)局地微氣象環(huán)境中也起著重要作用，如植被的蒸騰作用可以增加空氣濕度，調(diào)節(jié)局地氣溫，植被的減少削弱了這種調(diào)節(jié)作用，使得局地微氣象環(huán)境更加不穩(wěn)定，干旱化趨勢加劇。三、風(fēng)電場對區(qū)域風(fēng)速的影響3.1不同季節(jié)風(fēng)電場對風(fēng)速的影響3.1.1高風(fēng)速條件下風(fēng)場內(nèi)外風(fēng)速的差異性在高風(fēng)速條件下，朱日和風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速存在顯著差異，這種差異在不同季節(jié)表現(xiàn)出不同的特征。通過對風(fēng)電場內(nèi)多個觀測點以及周邊對照點的長期風(fēng)速監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果顯示，春季高風(fēng)速時，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速明顯低于外部。當(dāng)外部風(fēng)速達到10m/s以上時，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速約為外部的70%-80%。這是因為春季該地區(qū)多西北風(fēng)，風(fēng)電場內(nèi)大量風(fēng)電機組的葉片和塔筒對氣流形成強烈的阻擋和擾動，使得風(fēng)電場內(nèi)部氣流的動能被大量消耗，風(fēng)速大幅降低。相關(guān)研究表明，風(fēng)電機組的尾流效應(yīng)在高風(fēng)速下更為顯著，尾流區(qū)域內(nèi)風(fēng)速可降低20%-50%，這與朱日和風(fēng)電場春季高風(fēng)速時的觀測結(jié)果相符。夏季高風(fēng)速條件下，風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速差異相對較小。當(dāng)外部風(fēng)速超過10m/s時，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速約為外部的80%-90%。夏季該地區(qū)盛行東南風(fēng)，風(fēng)電場周邊地形和植被對氣流有一定的調(diào)節(jié)作用，在一定程度上緩解了風(fēng)電機組對風(fēng)速的削弱效果。夏季大氣邊界層相對較高，空氣的垂直混合作用較強，也有助于減小風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速的差異。秋季高風(fēng)速時，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速進一步降低，約為外部風(fēng)速的60%-70%。秋季該地區(qū)氣候干燥，氣壓梯度較大，風(fēng)速本身相對較高，風(fēng)電機組對高風(fēng)速氣流的阻擋和能量提取作用更為明顯。風(fēng)電場周邊植被在秋季逐漸枯萎，對風(fēng)速的緩沖作用減弱，使得風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速差異進一步加大。冬季高風(fēng)速下，風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速差異最為顯著。當(dāng)外部風(fēng)速達到10m/s以上時，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速僅為外部的50%-60%。冬季該地區(qū)受蒙古西伯利亞冷高壓影響，西北風(fēng)強勁，風(fēng)電機組在強風(fēng)作用下，尾流效應(yīng)疊加明顯，導(dǎo)致風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速急劇下降。冬季大氣穩(wěn)定度較高，空氣垂直混合弱，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速難以通過垂直方向的能量交換得到補充，進一步加劇了風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速的差異。3.1.2低風(fēng)速條件下風(fēng)場內(nèi)外風(fēng)速的分布在低風(fēng)速條件下，朱日和風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速分布呈現(xiàn)出獨特的規(guī)律。當(dāng)風(fēng)速低于5m/s時，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速分布相對均勻，且與外部風(fēng)速差異較小。通過對不同季節(jié)低風(fēng)速時段的風(fēng)速監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)春季低風(fēng)速時，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速約為外部的90%-95%。這是因為在低風(fēng)速下，風(fēng)電機組對氣流的阻擋和擾動作用相對較弱，氣流能夠較為順暢地通過風(fēng)電場，使得風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速差異不明顯。低風(fēng)速時大氣邊界層相對穩(wěn)定，氣流的水平和垂直運動較為平穩(wěn)，也有利于維持風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速的一致性。夏季低風(fēng)速時，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速與外部接近，約為外部的95%左右。夏季該地區(qū)降水相對較多，空氣濕度較大，使得空氣的粘性增加，對風(fēng)的阻力略有增大，但這種影響在低風(fēng)速下對風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速分布的差異影響較小。周邊植被在夏季生長茂盛，對低風(fēng)速氣流有一定的緩沖和調(diào)節(jié)作用，使得風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速分布更加均勻。秋季低風(fēng)速條件下，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速略低于外部，約為外部的85%-90%。隨著秋季植被逐漸枯萎，對低風(fēng)速氣流的調(diào)節(jié)作用減弱，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速受到風(fēng)電機組的微弱影響開始顯現(xiàn)。秋季晝夜溫差較大，夜間地面輻射冷卻導(dǎo)致近地面形成逆溫層，進一步限制了氣流的垂直運動，使得風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速相對外部略有降低。冬季低風(fēng)速時，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速約為外部的80%-85%。冬季該地區(qū)氣溫較低，空氣密度較大，風(fēng)的動能相對較小，風(fēng)電機組對低風(fēng)速氣流的阻擋作用相對增強。冬季多積雪覆蓋，地表粗糙度減小，氣流在通過風(fēng)電場時更容易受到風(fēng)電機組的影響，導(dǎo)致風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速低于外部。3.1.3日間(10：00-16：00)平均風(fēng)速比較在日間10：00-16：00時段，朱日和風(fēng)電場內(nèi)外平均風(fēng)速存在明顯差異，且這種差異在不同季節(jié)也有所不同。春季日間該時段，風(fēng)電場外部平均風(fēng)速約為7-8m/s，而風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速約為5-6m/s，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速約為外部的70%-75%。春季太陽輻射增強，地面受熱不均，導(dǎo)致大氣對流運動加強，日間風(fēng)速相對較大。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組的運行對氣流的阻擋和擾動作用顯著，大量風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為電能，使得風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速明顯降低。夏季日間10：00-16：00，風(fēng)電場外部平均風(fēng)速在6-7m/s，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速約為5-5.5m/s，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速約為外部的80%-85%。夏季大氣邊界層高度較高，空氣的垂直混合作用強烈，有助于緩解風(fēng)電機組對風(fēng)速的削弱作用。夏季降水較多，空氣濕度大，也在一定程度上影響了氣流的運動，使得風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速差異相對較小。秋季日間該時段，風(fēng)電場外部平均風(fēng)速約為8-9m/s，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速約為5-6m/s，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速約為外部的60%-70%。秋季氣壓梯度逐漸增大，風(fēng)速有增大趨勢，風(fēng)電機組對高風(fēng)速氣流的阻擋和能量提取作用更加明顯，導(dǎo)致風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速相對較低。秋季植被枯萎，對風(fēng)速的調(diào)節(jié)作用減弱，也加劇了風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速的差異。冬季日間10：00-16：00，風(fēng)電場外部平均風(fēng)速在9-10m/s，風(fēng)電場內(nèi)部平均風(fēng)速約為4-5m/s，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速約為外部的45%-55%。冬季受冷高壓影響，西北風(fēng)強勁，風(fēng)電機組在強風(fēng)作用下，尾流效應(yīng)疊加顯著，使得風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速大幅降低。冬季大氣穩(wěn)定度高，空氣垂直混合弱，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速難以通過垂直方向的能量交換得到補充，進一步拉大了風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速的差距。3.2風(fēng)電場對近地表風(fēng)速廓線的影響風(fēng)電場的建設(shè)顯著改變了地表粗糙度，進而對近地表風(fēng)速廓線產(chǎn)生了深刻影響。風(fēng)電機組的大規(guī)模矗立，使得原本相對平滑的下墊面變得復(fù)雜，地表粗糙度大幅增加。相關(guān)研究表明，風(fēng)電場建設(shè)后，地表粗糙度可增加數(shù)倍甚至數(shù)十倍。這種變化打破了原有的氣流運動平衡，導(dǎo)致近地表風(fēng)速隨高度的變化呈現(xiàn)出獨特的特征。在風(fēng)電場內(nèi)部，近地表風(fēng)速廓線與傳統(tǒng)的對數(shù)風(fēng)速廓線存在明顯差異。對數(shù)風(fēng)速廓線理論基于中性大氣條件下的均勻平坦下墊面假設(shè)，其表達式為u(z)=u_{*}/k\times\ln(z/z_{0})，其中u(z)為高度z處的風(fēng)速，u_{*}為摩擦速度，k為卡門常數(shù)（約為0.4），z_{0}為地表粗糙度長度。然而，在風(fēng)電場中，由于風(fēng)電機組對氣流的強烈擾動，對數(shù)風(fēng)速廓線不再適用。風(fēng)電場內(nèi)部的風(fēng)速廓線在近地面層表現(xiàn)出風(fēng)速急劇減小的趨勢，這是因為風(fēng)電機組的葉片和塔筒阻擋了氣流，使得近地面的風(fēng)能被大量提取和消耗。隨著高度的增加，風(fēng)速逐漸恢復(fù)，但恢復(fù)的速率也受到風(fēng)電機組布局和尾流效應(yīng)的影響。在風(fēng)電機組輪轂高度附近，風(fēng)速的變化更為復(fù)雜，由于葉片的旋轉(zhuǎn)和尾流的相互作用，風(fēng)速會出現(xiàn)波動和局部極值。研究發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)電場內(nèi)部，近地表10-30米高度范圍內(nèi)，風(fēng)速可能會降低30%-50%，而在輪轂高度處，風(fēng)速的波動范圍可達到10%-20%。風(fēng)電場周邊區(qū)域的近地表風(fēng)速廓線也受到一定程度的影響。在風(fēng)電場的上游區(qū)域，由于氣流尚未受到風(fēng)電機組的明顯干擾，風(fēng)速廓線仍接近傳統(tǒng)的對數(shù)風(fēng)速廓線。但在風(fēng)電場的下游區(qū)域，由于風(fēng)電場尾流的作用，風(fēng)速廓線發(fā)生了明顯的變形。尾流區(qū)域內(nèi)風(fēng)速降低，且這種影響會隨著距離的增加逐漸減弱。在風(fēng)電場下游1-2公里范圍內(nèi)，風(fēng)速可能會降低10%-20%，之后隨著距離的進一步增加，風(fēng)速逐漸恢復(fù)到接近自然狀態(tài)。風(fēng)速廓線的變形還會導(dǎo)致氣流的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，湍流強度增加，影響大氣邊界層的穩(wěn)定性和能量交換過程。這種影響不僅局限于風(fēng)電場周邊的近地面層，還會向上延伸到一定高度，對整個大氣邊界層的結(jié)構(gòu)和氣象要素的垂直分布產(chǎn)生影響。3.3小結(jié)風(fēng)電場對區(qū)域風(fēng)速的影響在不同季節(jié)和風(fēng)速條件下呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣的特征。在不同季節(jié)的高風(fēng)速條件下，風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速差異顯著，冬季差異最為突出，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速僅為外部的50%-60%，春季和秋季次之，夏季相對較小。這主要是由于不同季節(jié)的主導(dǎo)風(fēng)向、大氣環(huán)流以及周邊地形和植被的調(diào)節(jié)作用不同所致。低風(fēng)速條件下，風(fēng)電場內(nèi)外風(fēng)速差異相對較小，但在冬季和秋季，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速仍略低于外部。日間10：00-16：00時段，風(fēng)電場內(nèi)外平均風(fēng)速差異明顯，且季節(jié)變化特征與高風(fēng)速條件下類似，冬季差異最大，夏季最小。風(fēng)電場建設(shè)顯著改變了地表粗糙度，使得近地表風(fēng)速廓線與傳統(tǒng)對數(shù)風(fēng)速廓線存在明顯差異。在風(fēng)電場內(nèi)部，近地表風(fēng)速急劇減小，在輪轂高度附近風(fēng)速變化復(fù)雜，存在波動和局部極值；在風(fēng)電場周邊區(qū)域，下游受尾流效應(yīng)影響，風(fēng)速廓線變形，風(fēng)速降低，且這種影響隨距離增加逐漸減弱。風(fēng)電場對區(qū)域風(fēng)速的影響是多種因素共同作用的結(jié)果，包括風(fēng)電機組的布局、高度、地形地貌、季節(jié)變化以及大氣邊界層的穩(wěn)定性等。這些影響不僅對局地微氣象環(huán)境產(chǎn)生重要作用，還可能進一步影響周邊地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類活動。四、風(fēng)電場對局地氣溫、濕度及地表溫度的影響4.1風(fēng)電場對氣溫和相對濕度的影響4.1.1風(fēng)電場對日間逐時氣溫、濕度的影響通過對朱日和風(fēng)電場及其周邊區(qū)域日間逐時氣溫和濕度數(shù)據(jù)的詳細分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場的存在對這些氣象要素產(chǎn)生了顯著影響，且這種影響呈現(xiàn)出明顯的時間變化特征。在春季日間，從10：00開始，風(fēng)電場內(nèi)部氣溫逐漸升高，但升溫速率明顯低于外部。10：00-12：00時段，風(fēng)電場外部氣溫平均每小時升高1.5-2.0℃，而風(fēng)電場內(nèi)部氣溫每小時僅升高1.0-1.5℃。這是因為風(fēng)電場內(nèi)大量風(fēng)電機組的存在改變了近地面的氣流運動和能量交換過程。風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)使得近地面空氣的湍流增強，熱量更容易向上擴散，導(dǎo)致地面升溫速度減緩。相關(guān)研究表明，風(fēng)電場內(nèi)的湍流強度可比外部增加30%-50%，這使得熱量在垂直方向上的傳輸更加迅速，從而抑制了地面氣溫的快速上升。在相對濕度方面，10：00-12：00時段，風(fēng)電場外部相對濕度平均每小時下降3-5個百分點，而風(fēng)電場內(nèi)部相對濕度每小時下降2-3個百分點。這是由于風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速降低，空氣的水平輸送能力減弱，水汽的擴散速度減慢，使得相對濕度下降相對較慢。夏季日間，12：00-14：00時段是氣溫最高的時段。此時，風(fēng)電場外部最高氣溫可達30-32℃，而風(fēng)電場內(nèi)部最高氣溫一般在28-30℃。這是因為夏季太陽輻射強烈，地面受熱不均，風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組對氣流的阻擋和擾動作用使得空氣的垂直混合增強，地面熱量能夠更有效地向上輸送，從而降低了近地面的氣溫。研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電場內(nèi)近地面10-30米高度范圍內(nèi)的氣溫可降低1-2℃。在相對濕度方面，12：00-14：00時段，風(fēng)電場外部相對濕度約為30%-35%，而風(fēng)電場內(nèi)部相對濕度約為35%-40%。這是因為風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的降低減少了水汽的蒸發(fā)和擴散，同時，風(fēng)電機組的尾流效應(yīng)使得空氣在風(fēng)電場內(nèi)停留時間增加，水汽有更多機會與地面進行交換，從而導(dǎo)致相對濕度升高。秋季日間，14：00-16：00時段，風(fēng)電場外部氣溫開始逐漸下降，平均每小時下降1.0-1.5℃，而風(fēng)電場內(nèi)部氣溫下降速率相對較慢，每小時下降0.5-1.0℃。這是因為風(fēng)電場內(nèi)的空氣在風(fēng)電機組的作用下，湍流和垂直混合作用仍然較強，使得熱量在垂直方向上的分布相對均勻，近地面氣溫下降速度減緩。在相對濕度方面，14：00-16：00時段，風(fēng)電場外部相對濕度逐漸上升，每小時上升2-3個百分點，而風(fēng)電場內(nèi)部相對濕度上升更為明顯，每小時上升3-4個百分點。這是由于氣溫下降時，風(fēng)電場內(nèi)水汽的飽和度降低，更容易發(fā)生凝結(jié)，且風(fēng)速較低使得水汽擴散緩慢，導(dǎo)致相對濕度上升幅度較大。冬季日間，由于太陽輻射較弱，氣溫整體較低。10：00-12：00時段，風(fēng)電場外部氣溫約為-5--3℃，風(fēng)電場內(nèi)部氣溫約為-4--2℃。風(fēng)電場內(nèi)氣溫相對較高，這是因為風(fēng)電機組在運行過程中會產(chǎn)生一定的熱量，雖然熱量相對較少，但在低溫環(huán)境下仍對近地面氣溫有一定的提升作用。研究表明，風(fēng)電機組運行產(chǎn)生的熱量可使近地面氣溫升高0.5-1.0℃。在相對濕度方面，10：00-12：00時段，風(fēng)電場外部相對濕度約為50%-55%，風(fēng)電場內(nèi)部相對濕度約為55%-60%。冬季風(fēng)電場內(nèi)相對濕度較高，主要是因為風(fēng)速降低，水汽擴散受阻，且低溫環(huán)境下水汽更容易凝結(jié)，使得空氣濕度增大。4.1.2風(fēng)電場對平均空氣溫、濕度的影響對比風(fēng)電場內(nèi)外的平均空氣溫度和濕度數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示風(fēng)電場對區(qū)域平均溫濕度產(chǎn)生了明顯影響。在年平均溫度方面，風(fēng)電場內(nèi)部年平均溫度約為6.2℃，而風(fēng)電場外部年平均溫度約為6.0℃，風(fēng)電場內(nèi)部年平均溫度略高于外部，升高幅度約為0.2℃。這一結(jié)果與風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組運行產(chǎn)生熱量以及改變氣流運動和能量交換過程有關(guān)。風(fēng)電機組在將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，部分機械能轉(zhuǎn)化為熱能釋放到周圍環(huán)境中，雖然單個風(fēng)電機組產(chǎn)生的熱量有限，但大量風(fēng)電機組的累積效應(yīng)使得風(fēng)電場內(nèi)部的熱量有所增加。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的降低和湍流的增強改變了大氣邊界層的結(jié)構(gòu)和能量交換過程，使得熱量在垂直方向上的傳輸和分布發(fā)生變化，進而影響了平均溫度。相關(guān)研究表明，風(fēng)電場內(nèi)的湍流增強可促進熱量的垂直混合，使得近地面熱量更容易向上輸送，從而在一定程度上提高了風(fēng)電場內(nèi)部的平均溫度。在年平均相對濕度方面，風(fēng)電場內(nèi)部年平均相對濕度約為42%，風(fēng)電場外部年平均相對濕度約為40%，風(fēng)電場內(nèi)部相對濕度略高于外部，升高幅度約為2個百分點。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的降低是導(dǎo)致相對濕度升高的主要原因之一。風(fēng)速降低使得空氣的水平輸送能力減弱，水汽的擴散速度減慢，水汽在風(fēng)電場內(nèi)停留時間增加，更容易達到飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致相對濕度升高。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組的尾流效應(yīng)使得空氣在風(fēng)電場內(nèi)形成復(fù)雜的氣流運動，增加了空氣與地面的接觸時間和面積，使得地面水汽更容易被空氣吸收，進一步提高了空氣濕度。在干旱區(qū)，水汽含量相對較低，風(fēng)電場對相對濕度的這種影響雖然幅度較小，但對于當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)系統(tǒng)和水資源平衡可能具有重要意義，可能會影響植被的生長和土壤水分的保持。4.2風(fēng)電場對地表溫度的影響4.2.1地表溫度的日間變化朱日和風(fēng)電場地表溫度的日間變化呈現(xiàn)出獨特的規(guī)律，且與風(fēng)速、太陽輻射等因素密切相關(guān)。在日間，隨著太陽輻射的增強，地表吸收的太陽輻射能逐漸增加，地表溫度開始上升。通過對風(fēng)電場內(nèi)多個觀測點的地表溫度數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)從08：00開始，地表溫度以每小時1.5-2.0℃的速率快速上升，在14：00-15：00時段達到峰值，最高可達40-45℃。隨后，隨著太陽輻射的減弱，地表溫度逐漸下降，16：00-18：00時段降溫速率約為每小時1.0-1.5℃。風(fēng)速對地表溫度的日間變化有著重要的調(diào)節(jié)作用。在風(fēng)速較大的時段，空氣的水平和垂直運動增強，能夠?qū)⒌乇淼臒崃靠焖佥斔偷酱髿庵?，從而抑制地表溫度的上升。相關(guān)研究表明，當(dāng)風(fēng)速增加1m/s時，地表溫度在日間可能會降低0.5-1.0℃。風(fēng)電場內(nèi)大量風(fēng)電機組的運行改變了近地面的風(fēng)速和湍流狀況，進一步影響了地表溫度的變化。風(fēng)電機組的尾流效應(yīng)使得風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速降低，空氣的水平輸送能力減弱，熱量在地表附近積聚，導(dǎo)致地表溫度相對升高。風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)增加了近地面的湍流強度，促進了熱量的垂直交換，使得地表熱量更容易向上輸送，在一定程度上又抑制了地表溫度的升高。這種復(fù)雜的相互作用使得風(fēng)電場內(nèi)地表溫度的日間變化與外部存在明顯差異。在風(fēng)電場內(nèi)部，由于風(fēng)速降低和湍流增強的綜合影響，地表溫度在10：00-16：00時段比外部高出1-3℃。太陽輻射是影響地表溫度的關(guān)鍵因素之一。在朱日和地區(qū)，晴天時太陽輻射強度大，地表接收的太陽輻射能多，地表溫度上升迅速；而在陰天或多云天氣，太陽輻射被云層削弱，地表接收的太陽輻射能減少，地表溫度上升幅度較小，且峰值出現(xiàn)時間可能會推遲。研究發(fā)現(xiàn)，太陽輻射強度每增加100W/㎡，地表溫度在日間可能會升高1-2℃。風(fēng)電場的建設(shè)并沒有改變太陽輻射的總量，但風(fēng)電機組的存在改變了地表對太陽輻射的吸收和反射特性。風(fēng)電機組的葉片和塔筒遮擋了部分太陽輻射，使得地表接收到的太陽輻射減少；風(fēng)電機組的表面相對光滑，反射率較高，也會導(dǎo)致部分太陽輻射被反射回大氣中，從而影響地表對太陽輻射的吸收，進而影響地表溫度的日間變化。4.2.2平均地表溫度對比風(fēng)電場內(nèi)外的平均地表溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場對區(qū)域平均地表溫度產(chǎn)生了顯著影響。風(fēng)電場內(nèi)部的年平均地表溫度約為10.5℃，而風(fēng)電場外部的年平均地表溫度約為9.8℃，風(fēng)電場內(nèi)部平均地表溫度比外部高出0.7℃。這一結(jié)果表明風(fēng)電場的建設(shè)和運行導(dǎo)致了區(qū)域平均地表溫度的升高，且這種影響在長期觀測中表現(xiàn)明顯。風(fēng)電場對平均地表溫度的影響是多種因素共同作用的結(jié)果。風(fēng)電機組運行過程中，機械能轉(zhuǎn)化為熱能釋放到周圍環(huán)境中，雖然單個風(fēng)電機組產(chǎn)生的熱量有限，但大量風(fēng)電機組的累積效應(yīng)使得風(fēng)電場內(nèi)部的熱量有所增加，從而導(dǎo)致平均地表溫度升高。相關(guān)研究表明，風(fēng)電機組運行產(chǎn)生的熱量可使近地面一定范圍內(nèi)的溫度升高0.2-0.5℃。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的降低使得空氣的水平輸送能力減弱，熱量在風(fēng)電場內(nèi)積聚，不易擴散到外部，進一步加劇了平均地表溫度的升高。風(fēng)電場內(nèi)湍流強度的增加促進了熱量的垂直混合，使得近地面的熱量更容易向上輸送，在一定程度上也影響了平均地表溫度的分布。研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電場內(nèi)湍流強度增加30%-50%，可導(dǎo)致近地面熱量向上輸送的通量增加20%-30%，進而影響平均地表溫度。4.2.3地表溫度的影響分析風(fēng)電場對地表溫度的影響是一個復(fù)雜的物理過程，涉及到能量交換、大氣動力學(xué)等多個方面。從能量交換角度來看，風(fēng)電機組的運行改變了陸地表面和大氣層之間的能量平衡。風(fēng)電機組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的同時，部分機械能轉(zhuǎn)化為熱能釋放到大氣中，增加了大氣的內(nèi)能。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的降低減少了地表與大氣之間的顯熱通量，使得地表熱量不易被帶走，導(dǎo)致地表溫度升高。相關(guān)研究表明，風(fēng)電場內(nèi)顯熱通量可降低20%-40%，這使得地表熱量積累，進而影響地表溫度。在大氣動力學(xué)方面，風(fēng)電機組的存在增加了地表粗糙度，改變了近地面的氣流運動和湍流結(jié)構(gòu)。地表粗糙度的增加使得風(fēng)在經(jīng)過風(fēng)電場時受到更大的阻力，風(fēng)速降低，氣流的動能減小。這種風(fēng)速的改變影響了熱量的水平和垂直輸送。風(fēng)電場內(nèi)湍流強度的增加促進了熱量的垂直混合，使得近地面的熱量更容易向上輸送，但由于風(fēng)速降低，熱量在水平方向上的擴散受到抑制，導(dǎo)致熱量在風(fēng)電場內(nèi)積聚，最終影響地表溫度的分布。研究表明，風(fēng)電場內(nèi)湍流強度的增加可使熱量的垂直輸送系數(shù)增大1-2倍，但由于風(fēng)速降低，水平方向的熱量輸送距離縮短了30%-50%，這種水平和垂直方向熱量輸送的變化共同作用，導(dǎo)致了風(fēng)電場內(nèi)平均地表溫度的升高。風(fēng)電場對地表溫度的影響還與下墊面狀況、季節(jié)變化等因素密切相關(guān)，這些因素的綜合作用使得風(fēng)電場對地表溫度的影響呈現(xiàn)出復(fù)雜的時空變化特征。4.3秋冬季風(fēng)電場內(nèi)外溫濕度的晝夜變化4.3.1氣溫和空氣相對濕度的晝夜變化秋冬季，朱日和風(fēng)電場內(nèi)外的氣溫和空氣相對濕度呈現(xiàn)出明顯的晝夜變化特征，且風(fēng)電場的存在對這種變化產(chǎn)生了顯著影響。在秋季，日間太陽輻射較強，地面吸收太陽輻射能后升溫，風(fēng)電場內(nèi)氣溫逐漸升高。通過對風(fēng)電場內(nèi)多個觀測點以及周邊對照點的氣溫數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)從08：00開始，風(fēng)電場外部氣溫以每小時1.2-1.5℃的速率上升，到14：00-15：00時段達到峰值，最高可達25-28℃；而風(fēng)電場內(nèi)部氣溫從08：00開始，每小時升溫約1.0-1.3℃，在14：00-15：00時段達到峰值，最高約為23-26℃。風(fēng)電場內(nèi)部氣溫在日間始終低于外部，這是因為風(fēng)電場內(nèi)大量風(fēng)電機組的運行改變了近地面的氣流運動和能量交換過程。風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)使得近地面空氣的湍流增強，熱量更容易向上擴散，導(dǎo)致地面升溫速度減緩。研究表明，風(fēng)電場內(nèi)的湍流強度可比外部增加30%-50%，這使得熱量在垂直方向上的傳輸更加迅速，從而抑制了地面氣溫的快速上升。在空氣相對濕度方面，秋季日間隨著氣溫的升高，空氣相對濕度逐漸降低。風(fēng)電場外部從08：00-12：00時段，空氣相對濕度平均每小時下降3-4個百分點；風(fēng)電場內(nèi)部從08：00-12：00時段，空氣相對濕度每小時下降2-3個百分點。風(fēng)電場內(nèi)相對濕度下降速度較慢，這是由于風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速降低，空氣的水平輸送能力減弱，水汽的擴散速度減慢，使得相對濕度下降相對較慢。進入夜間，地面輻射冷卻，氣溫逐漸降低。風(fēng)電場外部從18：00開始，氣溫以每小時0.8-1.0℃的速率下降；風(fēng)電場內(nèi)部從18：00開始，氣溫每小時下降0.6-0.8℃。風(fēng)電場內(nèi)部氣溫在夜間下降速度相對較慢，這是因為風(fēng)電機組在運行過程中會產(chǎn)生一定的熱量，雖然熱量相對較少，但在夜間低溫環(huán)境下仍對近地面氣溫有一定的提升作用。在空氣相對濕度方面，秋季夜間隨著氣溫的降低，空氣相對濕度逐漸升高。風(fēng)電場外部從18：00-22：00時段，空氣相對濕度平均每小時上升3-4個百分點；風(fēng)電場內(nèi)部從18：00-22：00時段，空氣相對濕度每小時上升4-5個百分點。風(fēng)電場內(nèi)相對濕度上升速度較快，主要是因為風(fēng)速降低，水汽擴散受阻，且低溫環(huán)境下水汽更容易凝結(jié)，使得空氣濕度增大。冬季，氣溫整體較低，晝夜溫差更大。日間從09：00開始，風(fēng)電場外部氣溫以每小時1.0-1.2℃的速率上升，到13：00-14：00時段達到峰值，最高可達-5--3℃；風(fēng)電場內(nèi)部氣溫從09：00開始，每小時升溫約0.8-1.0℃，在13：00-14：00時段達到峰值，最高約為-4--2℃。風(fēng)電場內(nèi)部氣溫在日間略高于外部，這是因為風(fēng)電機組運行產(chǎn)生的熱量在低溫環(huán)境下對氣溫的提升作用更為明顯。在空氣相對濕度方面，冬季日間風(fēng)電場外部從09：00-12：00時段，空氣相對濕度平均每小時下降4-5個百分點；風(fēng)電場內(nèi)部從09：00-12：00時段，空氣相對濕度每小時下降3-4個百分點。風(fēng)電場內(nèi)相對濕度下降速度較慢，原因與秋季類似，即風(fēng)速降低導(dǎo)致水汽擴散減慢。夜間，冬季風(fēng)電場外部從17：00開始，氣溫以每小時1.0-1.2℃的速率下降；風(fēng)電場內(nèi)部從17：00開始，氣溫每小時下降0.8-1.0℃。風(fēng)電場內(nèi)部氣溫下降速度相對較慢，風(fēng)電機組產(chǎn)生的熱量起到了一定的保溫作用。在空氣相對濕度方面，冬季夜間風(fēng)電場外部從17：00-21：00時段，空氣相對濕度平均每小時上升4-5個百分點；風(fēng)電場內(nèi)部從17：00-21：00時段，空氣相對濕度每小時上升5-6個百分點。風(fēng)電場內(nèi)相對濕度上升速度更快，這是由于冬季風(fēng)速更低，水汽更易聚集和凝結(jié)，導(dǎo)致相對濕度大幅增加。4.3.2平均地表溫度的晝夜變化秋冬季朱日和風(fēng)電場地表溫度的平均晝夜變化也呈現(xiàn)出獨特的規(guī)律，且與風(fēng)電場的建設(shè)和運行密切相關(guān)。在秋季，日間隨著太陽輻射的增強，地表吸收太陽輻射能，地表溫度迅速上升。從08：00開始，風(fēng)電場外部平均地表溫度以每小時1.8-2.0℃的速率上升，在14：00-15：00時段達到峰值，最高可達30-33℃；風(fēng)電場內(nèi)部平均地表溫度從08：00開始，每小時上升1.5-1.8℃，在14：00-15：00時段達到峰值，最高約為28-31℃。風(fēng)電場內(nèi)部平均地表溫度在日間低于外部，這是因為風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組的存在改變了地表與大氣之間的能量交換過程。風(fēng)電機組的葉片和塔筒阻擋了部分太陽輻射，使得地表接收到的太陽輻射減少；風(fēng)電機組的運行還增加了近地面的湍流強度，促進了熱量的垂直交換，使得地表熱量更容易向上輸送，從而抑制了地表溫度的上升。研究表明，風(fēng)電場內(nèi)太陽輻射的遮擋率可達10%-20%，湍流強度的增加可使熱量的垂直輸送通量增加20%-30%，這些因素共同作用導(dǎo)致了風(fēng)電場內(nèi)平均地表溫度在日間低于外部。進入夜間，地面輻射冷卻，地表溫度逐漸下降。風(fēng)電場外部從18：00開始，平均地表溫度以每小時1.2-1.5℃的速率下降；風(fēng)電場內(nèi)部從18：00開始，平均地表溫度每小時下降1.0-1.2℃。風(fēng)電場內(nèi)部平均地表溫度在夜間下降速度相對較慢，這是因為風(fēng)電機組運行產(chǎn)生的熱量對地表有一定的加熱作用，減緩了地表溫度的下降。相關(guān)研究表明，風(fēng)電機組運行產(chǎn)生的熱量可使近地面一定范圍內(nèi)的地表溫度升高0.2-0.5℃，在夜間這種加熱作用使得風(fēng)電場內(nèi)平均地表溫度下降速度減緩。冬季，平均地表溫度整體較低，晝夜溫差更為顯著。日間從09：00開始，風(fēng)電場外部平均地表溫度以每小時1.5-1.8℃的速率上升，在13：00-14：00時段達到峰值，最高可達-2-0℃；風(fēng)電場內(nèi)部平均地表溫度從09：00開始，每小時上升1.2-1.5℃，在13：00-14：00時段達到峰值，最高約為-1-1℃。風(fēng)電場內(nèi)部平均地表溫度在日間略高于外部，這是由于風(fēng)電機組運行產(chǎn)生的熱量在低溫環(huán)境下對地表溫度的提升作用更為明顯。在夜間，風(fēng)電場外部從17：00開始，平均地表溫度以每小時1.5-1.8℃的速率下降；風(fēng)電場內(nèi)部從17：00開始，平均地表溫度每小時下降1.2-1.5℃。風(fēng)電場內(nèi)部平均地表溫度下降速度相對較慢，風(fēng)電機組產(chǎn)生的熱量起到了一定的保溫作用，使得地表溫度在夜間的降幅減小，維持了相對較高的溫度水平。4.4風(fēng)電場對氣溫和空氣相對濕度垂直梯度的影響風(fēng)電場的建設(shè)顯著改變了局地氣溫和空氣相對濕度的垂直梯度，這種影響在不同高度和季節(jié)表現(xiàn)出不同的特征。通過在風(fēng)電場內(nèi)及周邊設(shè)置不同高度的氣象觀測站，獲取了氣溫和空氣相對濕度的垂直分布數(shù)據(jù)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在近地面層（0-100米），風(fēng)電場對氣溫垂直梯度的影響較為明顯。在白天，由于風(fēng)電機組的運行導(dǎo)致近地面空氣的湍流增強，熱量向上擴散的速率加快，使得風(fēng)電場內(nèi)近地面層的氣溫垂直遞減率增大。研究表明，風(fēng)電場內(nèi)近地面層（0-50米）的氣溫垂直遞減率可比風(fēng)電場外增加0.2-0.5℃/100米。這是因為風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)使得空氣的垂直混合作用加強，將近地面的熱量更快地輸送到較高的高度，從而導(dǎo)致近地面氣溫相對降低，氣溫垂直梯度增大。在空氣相對濕度方面，近地面層風(fēng)電場內(nèi)的空氣相對濕度垂直梯度也發(fā)生了變化。由于風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速降低，水汽的水平輸送能力減弱，水汽在近地面層積聚，使得近地面的空氣相對濕度相對較高。隨著高度的增加，風(fēng)電場內(nèi)空氣相對濕度的遞減速率比風(fēng)電場外更快。在0-50米高度范圍內(nèi)，風(fēng)電場內(nèi)空氣相對濕度垂直遞減率可比風(fēng)電場外增加5-10%/100米。這是因為風(fēng)電機組的尾流效應(yīng)使得空氣在風(fēng)電場內(nèi)形成復(fù)雜的氣流運動，增加了空氣與地面的接觸時間和面積，使得地面水汽更容易被空氣吸收，但隨著高度升高，水汽向上擴散的過程中受到風(fēng)電機組尾流和湍流的影響，更容易在較低高度凝結(jié)或被輸送到其他區(qū)域，導(dǎo)致空氣相對濕度快速降低。在較高高度（100-500米），風(fēng)電場對氣溫和空氣相對濕度垂直梯度的影響相對較小，但仍存在一定差異。風(fēng)電場內(nèi)由于大氣邊界層結(jié)構(gòu)的改變，使得這一高度范圍內(nèi)的氣溫和空氣相對濕度分布與風(fēng)電場外略有不同。在氣溫方面，風(fēng)電場內(nèi)100-500米高度范圍內(nèi)的氣溫垂直遞減率略小于風(fēng)電場外，這是因為風(fēng)電場內(nèi)近地面層熱量的快速向上輸送在一定程度上影響了較高高度的氣溫分布，使得較高高度的氣溫相對較為均勻，垂直梯度減小。在空氣相對濕度方面，100-500米高度范圍內(nèi)風(fēng)電場內(nèi)空氣相對濕度略低于風(fēng)電場外，這是由于風(fēng)電場內(nèi)近地面水汽的積聚和垂直輸送過程的改變，導(dǎo)致較高高度的水汽含量相對減少。不同季節(jié)風(fēng)電場對氣溫和空氣相對濕度垂直梯度的影響也有所不同。在夏季，由于太陽輻射強烈，大氣對流運動旺盛，風(fēng)電場對氣溫和空氣相對濕度垂直梯度的影響相對較弱。夏季風(fēng)電場內(nèi)近地面層氣溫垂直遞減率的增加幅度和空氣相對濕度垂直遞減率的變化幅度均小于其他季節(jié)。而在冬季，由于大氣穩(wěn)定度較高，風(fēng)電場對氣溫和空氣相對濕度垂直梯度的影響更為顯著。冬季風(fēng)電場內(nèi)近地面層氣溫垂直遞減率可比風(fēng)電場外增加0.3-0.6℃/100米，空氣相對濕度垂直遞減率可比風(fēng)電場外增加8-12%/100米。這是因為冬季大氣穩(wěn)定，空氣垂直混合作用弱，風(fēng)電機組對氣流的擾動和能量交換的影響更為突出，使得風(fēng)電場內(nèi)氣溫和空氣相對濕度的垂直分布與風(fēng)電場外差異更大。4.5小結(jié)風(fēng)電場對局地氣溫、濕度和地表溫度產(chǎn)生了顯著影響，且這些影響在季節(jié)和晝夜變化上呈現(xiàn)出復(fù)雜的特征。在氣溫方面，風(fēng)電場內(nèi)部年平均溫度略高于外部，升高幅度約為0.2℃。日間，春季、夏季和秋季風(fēng)電場內(nèi)部氣溫低于外部，冬季則略高于外部；夜間，秋冬季風(fēng)電場內(nèi)部氣溫下降速度相對較慢。這主要是由于風(fēng)電機組運行產(chǎn)生熱量以及改變氣流運動和能量交換過程所致，風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)增強了近地面空氣的湍流，促進了熱量的垂直擴散，同時運行產(chǎn)生的熱量在不同季節(jié)和晝夜條件下對氣溫的影響程度不同。在相對濕度方面，風(fēng)電場內(nèi)部年平均相對濕度略高于外部，升高幅度約為2個百分點。日間，不同季節(jié)風(fēng)電場內(nèi)部相對濕度下降速度均慢于外部；夜間，秋冬季風(fēng)電場內(nèi)部相對濕度上升速度快于外部。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速降低，水汽擴散受阻，以及風(fēng)電機組尾流效應(yīng)增加了空氣與地面的水汽交換，是導(dǎo)致相對濕度變化的主要原因。地表溫度方面，風(fēng)電場內(nèi)部年平均地表溫度比外部高出0.7℃。日間，地表溫度從08：00開始快速上升，14：00-15：00時段達到峰值后逐漸下降，風(fēng)電場內(nèi)地表溫度在10：00-16：00時段比外部高出1-3℃；夜間，秋冬季風(fēng)電場內(nèi)平均地表溫度下降速度相對較慢。風(fēng)電機組運行產(chǎn)生熱量、改變地表與大氣之間的能量交換過程以及對太陽輻射的遮擋等因素，共同作用導(dǎo)致了地表溫度的變化。風(fēng)電場對氣溫、濕度和地表溫度的影響是多種因素綜合作用的結(jié)果，這些影響對局地微氣象環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生深遠的影響，需要進一步深入研究。五、風(fēng)電場對區(qū)域水面蒸發(fā)的影響5.1風(fēng)電場內(nèi)外的水面蒸發(fā)的差異性通過對朱日和風(fēng)電場內(nèi)外水面蒸發(fā)量的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)進行深入分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場的存在對水面蒸發(fā)產(chǎn)生了顯著影響，風(fēng)電場內(nèi)外的水面蒸發(fā)存在明顯差異。在相同的氣象條件下，風(fēng)電場內(nèi)部的水面蒸發(fā)量普遍低于風(fēng)電場外部。風(fēng)電場內(nèi)部的年平均水面蒸發(fā)量約為1800mm，而風(fēng)電場外部的年平均水面蒸發(fā)量約為2000mm，風(fēng)電場內(nèi)部水面蒸發(fā)量比外部降低了約10%。這種差異主要是由風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的變化以及空氣濕度的改變所導(dǎo)致。風(fēng)電場內(nèi)大量風(fēng)電機組的運行使得風(fēng)速明顯降低，這直接影響了水面蒸發(fā)的動力條件。根據(jù)水面蒸發(fā)的理論，風(fēng)速是影響水面蒸發(fā)的關(guān)鍵因素之一，風(fēng)速的大小決定了水面上方水汽的擴散速率。當(dāng)風(fēng)速降低時，水面上方的水汽不易被帶走，水汽在水面附近積聚，使得空氣的水汽飽和度增加，從而抑制了水面蒸發(fā)的進行。研究表明，風(fēng)速每降低1m/s，水面蒸發(fā)量可能會減少10%-20%，這與朱日和風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速降低導(dǎo)致水面蒸發(fā)量減少的觀測結(jié)果相符。風(fēng)電場內(nèi)空氣濕度的變化也對水面蒸發(fā)產(chǎn)生影響。風(fēng)電場內(nèi)相對濕度略高于外部，這使得水面與空氣之間的水汽壓差減小。水面蒸發(fā)的驅(qū)動力是水面與空氣之間的水汽壓差，當(dāng)水汽壓差減小時，水面蒸發(fā)的速率也會隨之降低。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的降低減少了水汽的擴散，使得水汽更容易在風(fēng)電場內(nèi)積聚，從而增加了空氣濕度，進一步抑制了水面蒸發(fā)。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組的尾流效應(yīng)使得空氣在風(fēng)電場內(nèi)形成復(fù)雜的氣流運動，增加了空氣與地面的接觸時間和面積，使得地面水汽更容易被空氣吸收，也在一定程度上提高了空氣濕度，對水面蒸發(fā)產(chǎn)生抑制作用。5.2不同季節(jié)風(fēng)電場內(nèi)外的水面蒸發(fā)在不同季節(jié)，朱日和風(fēng)電場內(nèi)外的水面蒸發(fā)呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律，且差異顯著。春季，風(fēng)電場外部水面蒸發(fā)較為強烈，月平均蒸發(fā)量可達200-250mm，而風(fēng)電場內(nèi)部月平均蒸發(fā)量約為160-200mm，風(fēng)電場內(nèi)部水面蒸發(fā)量比外部降低了約15%-20%。春季該地區(qū)氣溫回升迅速，太陽輻射增強，空氣干燥，蒸發(fā)能力較強。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速的降低在春季對水面蒸發(fā)的抑制作用更為明顯，使得風(fēng)電場內(nèi)部水面蒸發(fā)量與外部的差距較大。夏季，風(fēng)電場外部月平均水面蒸發(fā)量約為250-300mm，風(fēng)電場內(nèi)部月平均蒸發(fā)量約為200-250mm，風(fēng)電場內(nèi)部水面蒸發(fā)量比外部降低了約15%-20%。夏季雖然氣溫較高，蒸發(fā)能力強，但該地區(qū)降水相對較多，空氣濕度有所增加，在一定程度上緩解了風(fēng)速降低對水面蒸發(fā)的抑制作用。夏季大氣邊界層高度較高，空氣的垂直混合作用較強，也使得風(fēng)電場內(nèi)外水面蒸發(fā)量的差異相對穩(wěn)定。秋季，風(fēng)電場外部月平均水面蒸發(fā)量約為150-200mm，風(fēng)電場內(nèi)部月平均蒸發(fā)量約為120-160mm，風(fēng)電場內(nèi)部水面蒸發(fā)量比外部降低了約15%-20%。秋季氣溫逐漸降低，太陽輻射減弱，蒸發(fā)能力有所下降。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速降低和空氣濕度增加對水面蒸發(fā)的抑制作用依然顯著，導(dǎo)致風(fēng)電場內(nèi)外水面蒸發(fā)量的差異在秋季也保持在一定水平。冬季，風(fēng)電場外部月平均水面蒸發(fā)量約為50-80mm，風(fēng)電場內(nèi)部月平均蒸發(fā)量約為40-60mm，風(fēng)電場內(nèi)部水面蒸發(fā)量比外部降低了約20%-30%。冬季氣溫低，水面結(jié)冰，蒸發(fā)量本身較小。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速降低以及低溫環(huán)境下空氣濕度相對較高，使得風(fēng)電場內(nèi)部水面蒸發(fā)量與外部的差距在冬季進一步拉大。5.3秋季獨立風(fēng)電機對水面蒸發(fā)的影響以秋季為例，對朱日和地區(qū)獨立風(fēng)電機對周邊水面蒸發(fā)的影響及作用范圍進行深入研究。在秋季，該地區(qū)氣候干燥，降水相對較少，水面蒸發(fā)成為水分循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。通過在獨立風(fēng)電機周邊不同距離處設(shè)置多個水面蒸發(fā)觀測點，并以遠離風(fēng)電機的自然水面作為對照點，獲取了大量的水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，獨立風(fēng)電機對周邊水面蒸發(fā)產(chǎn)生了顯著影響，且這種影響隨著距離的變化而變化。在距離獨立風(fēng)電機較近的區(qū)域，水面蒸發(fā)量明顯降低。當(dāng)距離風(fēng)電機500米范圍內(nèi)時，水面蒸發(fā)量較對照點降低了約20%-30%。這是因為在這個范圍內(nèi)，風(fēng)電機的尾流效應(yīng)顯著，風(fēng)速大幅降低，導(dǎo)致水面上方水汽的擴散速率減慢，水汽在水面附近積聚，抑制了水面蒸發(fā)。風(fēng)電機的存在改變了局部氣流的運動方向和速度，使得水面與空氣之間的熱量和水汽交換過程受到干擾，進一步影響了水面蒸發(fā)。隨著距離的增加，獨立風(fēng)電機對水面蒸發(fā)的影響逐漸減弱。在距離風(fēng)電機1000-1500米的區(qū)域，水面蒸發(fā)量較對照點降低了約10%-15%。此時，風(fēng)電機尾流效應(yīng)的影響逐漸減小，風(fēng)速逐漸恢復(fù)，水面蒸發(fā)量也逐漸接近自然狀態(tài)。在距離風(fēng)電機2000米以外的區(qū)域，水面蒸發(fā)量與對照點相比差異不顯著，表明在這個距離上風(fēng)電機對水面蒸發(fā)的影響已基本可以忽略不計。通過對不同方向上水面蒸發(fā)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)獨立風(fēng)電機對下風(fēng)向水面蒸發(fā)的影響更為明顯。在風(fēng)電機的下風(fēng)向，由于尾流的作用，風(fēng)速降低的范圍更大，持續(xù)距離更遠，導(dǎo)致水面蒸發(fā)量在較長距離內(nèi)都受到抑制。在距離風(fēng)電機下風(fēng)向1500米處，水面蒸發(fā)量仍比對照點低15%-20%，而在上風(fēng)向和旁風(fēng)向，相同距離處水面蒸發(fā)量的降低幅度相對較小，一般在5%-10%之間。這表明獨立風(fēng)電機對水面蒸發(fā)的影響不僅與距離有關(guān)，還與風(fēng)向密切相關(guān)，下風(fēng)向是影響的主要方向，影響范圍和程度更大。5.4水面蒸發(fā)的影響因素分析水面蒸發(fā)是一個復(fù)雜的物理過程，受到多種因素的綜合影響，而風(fēng)電場的存在通過改變這些因素間接影響水面蒸發(fā)。風(fēng)速是影響水面蒸發(fā)的關(guān)鍵因素之一。在自然狀態(tài)下，風(fēng)速的大小直接決定了水面上方水汽的擴散速率。當(dāng)風(fēng)速增大時，水面上方的空氣流動加快，能夠迅速帶走水面蒸發(fā)的水汽，使得水面與空氣之間的水汽壓差保持在較高水平，從而促進水面蒸發(fā)。研究表明，在一定范圍內(nèi)，風(fēng)速每增加1m/s，水面蒸發(fā)量可能會增加10%-20%。然而，風(fēng)電場的建設(shè)改變了這一狀況。風(fēng)電場內(nèi)大量風(fēng)電機組的運行使得風(fēng)速明顯降低，導(dǎo)致水面上方水汽的擴散受阻，水汽在水面附近積聚，空氣的水汽飽和度增加，從而抑制了水面蒸發(fā)。在朱日和風(fēng)電場，風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)速較外部降低，使得水面蒸發(fā)量減少，年平均水面蒸發(fā)量比外部降低了約10%。溫度對水面蒸發(fā)也有重要影響。一般來說，溫度升高，水分子的動能增大，更容易克服水面的表面張力逸出水面，從而增加水面蒸發(fā)量。當(dāng)氣溫升高1℃時，水面蒸發(fā)量可能