台风“威马逊”影响广东期间近地层风特性

程艳伟

（中水珠江规划勘测设计有限公司广东广州510610）

台风“威马逊”影响广东期间近地层风特性

程艳伟

（中水珠江规划勘测设计有限公司广东广州510610）

台风是广东沿海地区的主要气象灾害之一。本文通过风电场测风塔观测数据，分析了2014年第9号超强台风“威马逊”影响广东期间近地层风特性，可用于指导评估该台风造成的风电场灾害分析，同时可用于台风灾害预防具有借鉴意义。

台风；风电场；近地层风特性

广东省地处亚热带、滨临南海，沿海地区风能资源较丰富。同时，广东也是中国受台风影响最多、灾害最重的省份之一，平均每年登陆广东的台风有3.7个，居全国之首，其中最多年份达7个。截至2014年底，广东省并网风电总装机容量为2758MW，其中大部分位于沿海地区。

2014年第9号超强台风“威马逊”（国际编号：1409）7月18日15时30分在海南沿海登陆，登陆时中心附近最大风力17级（60m/s）。18日19时30分在广东沿海登陆，登陆时中心附近最大风力17级（60m/s）。19日7时10分在广西沿海登陆，登陆时中心附近最大风力15级（48m/s），为强台风级别。受其影响，海南、广东、广西多地出现狂风暴雨天气，引发洪涝等灾害，海南、广东等地多台风电机组也不同程度受损。

广东省徐闻县东部和雷州市西部的两个风电场测风塔（编号分别为1#和2#）观测记录了台风“威马逊”在广东登陆期间近地层的风速、风向、气压等数据。1#和2#测风塔均位于平坦开阔的地形，场地高程分别为45m和137m，安装NRG测风设备，记录仪采样间隔为1s，记录间隔为10min，各仪器配置情况见表1。这2座测风塔均位于“威马逊”路径右侧，距台风中心最近距离分别为23.4km和25.3km。

表1　测风塔仪器配置表

1#测风塔临近台风登陆点，2#测风塔临近台风离岸点。本文通过对台风“威马逊”期间（文中指影响广东期间的7月17日～20日时段）的1#和2#测风塔数据分析，分析揭示台风“威马逊”影响广东期间近地层风特性。

图1　“威马逊”路径和测风塔位置示意图

1　气压特征

在台风期间，各测风塔测得较低气压值。1#测风塔测得最低气压为95.2kPa，时间为18日19时10分，此时距台风中心最近；2#测风塔测得最低气压为93.5kPa，时间为18日23时30分，此时距台风中心最近。（2#测风塔20日15时后气压传感器故障。）

图2　各测风塔历时气压

2　风向特征

图3所示为1#测风塔80m高度及2#测风塔100m高度10min平均风向变化曲线。台风影响前，测风塔风向为120°～150°；台风临近时，风向角度逐渐减小至0°（360°），后又逐渐增大；距台风中心最近时的风向为90°～120°；台风经过后，风向角度速继续增大至180°左右，然后小幅波动（2#测风塔20日10时后风向波动较大）。

图3　各测风塔历时风向

图4　测风塔风向玫瑰图（单位：%）

3　风速特征

3.1大风

图5所示为1#测风塔80m高度及2#测风塔100m高度10min平均风速变化曲线。台风影响前，测风塔平均风速小于10m/s；台风临近时，风速逐渐增大，1#测风塔80m高度录得10min平均风速最大47.6m/s，阵风风速最大为60.1m/s，时间为18日19时10分；2#测风塔100m高度录得10min平均风速最大为44.9m/s，阵风风速最大为58m/s，时间为18日23时30分。台风经过后平均风速恢复到小于10m/s。

从大风持续时间看，两个测风塔20m/s以上10分钟平均风速持续时间约为14.2h～15.3h，40m/s以上风速持续时间约为1.3h～2.3h。

图5　测风塔历时10min平均风速风速

从图6所示的各风向平均风速看，1#测风塔N和E方向平均风速最大，2#测风塔NE和N方向平均风速最大。

图6　测风塔各风向平均风速图（单位：m/s）

3.2阵风系数

在IEC 61400-1中，阵风系数为3秒钟极大风速与10min平均风速的比值，并且极端风速模型中采用的阵风系数为1.4。1#和2#测风塔记录仪的采样间隔均为1s，此处采用1s极大风速计算阵风系数值，结果见图7。

在台风影响期间，1#测风塔80m及2#测风塔100m高度阵风系数平均值分别为1.29和1.28，最大值分别为1.97和2.38，17日8时和20日15时前后阵风系数较大。阵风系数与平均风速和风向变化的关系不显著。

图7　测风塔历时阵风系数图

根据两个测风塔最大风速时间差，结合台风路径，估算台风中心移动速度约为19km/h。

3.3风速垂直切变

采用切变指数α描述风速垂方向变化规律，幂律计算公式为：

其中，V1和V2分别为h1和h2高度的风速值。

统计两个测风塔80m和60m高度之间风速垂直切变指数，结果见图7。1#测风塔切变值最大为1.17，最小为-0.14，平均值为0.12；2#测风塔切变值最大为0.70，最小为-0.13，平均值为0.24。

图8　测风塔80m/60m之间历时切变指数

4　湍流强度特征

湍流强度Ti描述风速随机变化的幅度，是决定机组设计等级的重要参数。采用10分钟平均风速V和均方差风速σ计算湍流强度，公式为

各测风塔历时湍流强度变化见图8，各风速段湍流强度见图9。

在台风影响期间，1#测风塔80m及2#测风塔100m高度湍流强度平均值分别为0.113和0.109，最大值分别为0.348和0.396，17日12时和20日15时前后湍流强度较大。湍流强度与平均风速和风向变化的关系不显著。

在15m/s风速条件下，测风塔湍流强度分别为0.108和0.107，为相对较小湍流强度。

图9　测风塔历时湍流强度

5　结语

在超强台风“威马逊”影响广东期间，近地层风特性主要通过距离台风中心23.4km～25.3km处的测风塔观测数据予以揭示，主要为：（1）气压较低。测风塔气压最小值为93.5kPa。（2）风速较大。测风塔80m～100m高度10分钟平均最大风速为44.9m/s～47.6m/s。（3）风向变化较缓和。（4）阵风系数、垂直切变指数、湍流强度等指标随风速变化波动变化不显著。

[1]缪旭明,高拴柱,张静.超强台风“威马逊”成因及应对[J].中国应急管理,2014,9.

程艳伟（1980—），男，汉族，河北迁安人，工程师，从事风能资源评估工作。