裸露农田近地表风速脉动特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00050

摘要/Abstract

摘要：

利用河北坝上地区裸露农田近地层风速的连续观测资料，分析了净风与风沙环境下近地表风速脉动特征。结果表明：地表风速脉动强度（u_v）随平均风速的增加而增大，净风环境下脉动强度随风速的增大比风沙环境增加的更快，反映了运动沙粒对风速脉动过程具有一定的抑制作用。湍流度随平均风速的变化呈现幂函数递减趋势，净风环境的湍流度大于风沙环境。脉动风速的分布范围、概率分布集中性以及脉动强度与风速统计时距（Δt）有关。时距越小，脉动风速的分布范围越小，概率分布越集中。 $u v_m a x / u v ˉ$ 随时距增大表现出先迅速减小（Δt < 5 min）后趋于稳定（Δt > 5 min）的变化趋势，< 5 min的风速时距能较好地反映风速脉动特性。考虑到风速数据获取的可行性，在计算输沙率时，采用1~5 min时距的风速统计资料较为合理。

关键词: 农田, 风速脉动, 湍流度, 平均风速的时距

Abstract:

Based on the continuous observation of wind speed above a bare farmland surface in the Bashang regions， characteristics of wind speed pulsation in the net wind and blown sand environment were analyzed. The results show that the pulsation intensity （u_v） is positively related to the average wind speed （ $u ˉ$ ）， and u_v increases with u faster in the net wind than in the blown sand environment， indicating that the blown sand has a inhibitory effect on the wind speed pulsation.The change of turbulence intensity （g） with the average wind speed shows a decreasing trend in power law. The distribution range of wind speed pulsation and the concentration of its probability distribution are related to the time interval （Δt） for averaging wind speed. The smaller the time interval， the smaller the distribution range of pulsating speed and the more concentrated the probability distribution. As Δt increases， $u v_m a x / u v ˉ$ shows a trend of rapid decrease when Δt < 5 min and tends to be stable when Δt > 5 min， implying that wind data averaged with Δt < 5 min can reflect the characteristics of wind pulsation well. Considering the feasibility in data access， it is reasonable to use the wind speed data of 1-5 min time interval in calculating the sediment transport rate which is influenced by wind pulsation.

Key words: farmland, wind speed pulsation, turbulence intensity, time interval for averaging wind speed

中图分类号:

X169

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图/表 8

图1 研究区位置（A）和三维超声风速仪（B）

Fig.1 Location of field measurement site（A） and the placement of Sonic anemometer（B）

图2 风速脉动强度(uv)与不同时距(Δt)平均风速(uˉ)的关系

Fig.2 The relationship between the pulsation intensity and the average wind speed at different time inteval

图3 湍流度(g)与不同时距(Δt)平均风速(uˉ)的关系

Fig.3 The relationship between the turbulence intensity and the average wind speed at different time intevals

图4 1 m高度脉动风速(u′)概率分布

Fig.4 Probability distribution of the wind speed pulsation at the height of 1 m above the ground

表1 风速脉动分布范围随时距的变化

Table 1 Changes of the distribution range of wind speed pulsation with time interval

时距	参数	5月6日	5月8日	5月9日	5月12日	5月13日	5月15日
1 min	最大值/（m·s^-1）	10.8	6.5	6.2	10.8	6.4	9.5
	最小值/（m·s^-1）	-5.2	-4.6	-5.5	-8.1	-8.4	-10.0
	±3 m·s^-1比例/%	99.4	99.6	99.1	93.6	95.9	93.8
2 min	最大值/（m·s^-1）	12.3	6.7	7.2	11.4	6.2	10.2
	最小值/（m·s^-1）	-6.1	-5.4	-5.3	-8.9	-8.0	-9.9
	±3 m·s^-1比例/%	98.7	99.9	98.7	92.1	94.8	92.4
5 min	最大值/（m·s^-1）	13.0	7.0	7.1	9.8	6.4	10.7
	最小值/（m·s^-1）	-5.1	-5.5	-5.8	-7.8	-8.1	-8.5
	±3 m·s^-1比例/%	97.5	98.5	97.3	90.6	93.0	90.4
10 min	最大值/（m·s^-1）	13.5	6.9	7.5	10.7	6.8	11.3
	最小值/（m·s^-1）	-5.5	-6.2	-5.9	-7.5	-8.6	-8.3
	±3 m·s^-1比例/%	96.5	97.7	96.5	89.5	91.7	89.2
20 min	最大值/（m·s^-1）	12.9	6.9	7.5	10.6	6.7	11.4
	最小值/（m·s^-1）	-5.4	-5.8	-6.2	-7.6	-8.7	-8.6
	±3 m·s^-1比例/%	96.0	97.4	96.3	89.0	91.1	88.1
30 min	最大值/（m·s^-1）	13.1	7.1	7.8	10.8	7.1	10.6
	最小值/（m·s^-1）	-5.4	-5.8	-6.2	-7.9	-8.6	-8.5
	±3 m·s^-1比例/%	96.0	97.1	95.7	88.5	90.0	87.5

图5 平均脉动强度(uv)随时距(Δt)的变化

Fig.5 Changes of the average pulsation intensity with time interval

图6 最大脉动强度(uv_max)随时距(Δt)的变化

Fig.6 Changes of the maximum pulsation intensity with time interval

图7 uv_max/uvˉ随时距的变化

Fig.7 Changes of uv_max/uvˉ with time interval

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