Naslov
Procjena brzine vjetra u suburbanom prizemnom sloju atmosfere
(Estimation of wind speed in the suburban atmospheric surface layer)

Autori
Likso, Tanja

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Prirodoslovno-matematički fakultet

Mjesto
Zagreb

Datum
06.07

Godina
2012

Stranica
98

Mentor
Grisogono, Branko

Ključne riječi
brzina vjetra; prizemni sloj atmosfere; M-O teorija sličnosti; efektivna visina hrapavosti; model udara vjetra
(wind speed; atmospheric surface layer; M-O similarity theory; effective roughness length; wind gust model)

Sažetak
Glavni cilj ovog rada je ispitivanje mogućnosti primjene Monin-Obukhovljeve (M-O) teorije sličnosti za procjenu brzine vjetra u donjem dijelu prizemnog sloja atmosfere (na 2 m visine, gdje obično ne postoje mjerenja vjetra) na osnovi standardnih mjerenja. Za tu svrhu koriste se podaci iz 2005. godine opservatorija Zagreb-Maksimir smještenog u suburbanom području Zagreba. Koristi se koncept efektivne visine hrapavosti z0 kako bi se uvažila nehomogenost terena s obzirom na hrapavost površine (pvenstveno zbog urbanizacije) u ovisnosti o smjeru vjetra. Veličina z0 se odražava na vertikalni profil brzine vjetra, te na ostale meteorološke profile. U isto vrijeme z0 predstavlja srednji efekt svih prepreka na udaljenosti od nekoliko kilometara u smjeru uz vjetar. Drugim riječima, to znači da brzina vjetra mjerena u jednoj točki zapravo reprezentira ponderiranu prosječnu brzinu vjetra na širem terenu uz vjetar. Korišteni podaci sastoje se od 10-min srednjaka brzine vjetra s prevladavajućim smjerom vjetra, temperature zraka i relativne vlažnosti zraka za dva nivoa (2 m i 10 m) kao i udari vjetra tijekom 10-min perioda na 10 m iznad tla. Korespondirajući podaci tlaka zraka odnose se na mjerenja u zgradi opservatorija koja je smještena  50 m južnije od meteorološkog kruga (slika 2.2). Unatoč činjenici da su na raspolaganju podaci za cijelo razdoblje motrenja, u ovom radu su korišteni samo podaci za zadnje 10-min razdoblje svakog sata. Na taj način su raspoloživi podaci temperature zraka i brzine vjetra usporedivi s podacima tlaka zraka. Kvalitativna analiza podataka vjetra, ilustrirana na slici 2.4, pokazuje kvalitetu podataka vjetra. Oblik ruže vjetra ukazuje da postoji kanaliziranje vjetra paralelno Medvednici (slika 4.9), posebno tijekom jakih vjetrova. Za procjenu M-O duljine koristi se iterativna i empirijska procedura. Kod iterativne procedure proračun počinje procjenom brzine trenja u* i turbulentne skale temperature * najprije za slučaj neutralne stratifikacije, tj. kada je M-O parametar stabilnosti  = z/L  0. S novim vrijednostima za u* i * računa se nova vrijednost M-O duljine, ispituje njen predznak, te u ovisnosti o predznaku uvode se korekcije obzirom na statičku stabilnost u izraze za u* i *. Na taj način dobivaju se poboljšane vrijednosti za u* i * koje uključivanjem u izraz za M-O duljinu daju njenu novu, poboljšanu vrijednost. Postupak se ponavlja sve dok se posljednje uzastopno izračunate vrijednosti M-O duljine razlikuju za dovoljno mali iznos (1%). S druge strane, empirijska procedura koristi aproksimativna rješenja koja povezuju M-O parametar stabilnosti  i bulk Richardsonov broj Ri (Lee, 1997). Rezultati dobiveni primjenom opisanih procedura za procjenu M-O duljine pokazuju izvrsno slaganje, što je prikazano na slikama 4.4 i 4.6, za u* i turbulentni tok osjetilne topline H. Rezultati su jedino upitni za slučaj kada je Richardsonov broj Ri>1, tj. za vrlo stabilne uvjete (slike 4.5 b i 4.8 b). M-O teorija sličnosti je prilagođena potrebama procjene brzine vjetra na 2 m iznad tla, odnosno izračunavanju parametara turbulencije prizemnog sloja atmosfere, slijedeći poboljšanja koja su uveli Paulson (1970), Businger i sur. (1971a), Dyer (1974), Beljaars i Holtslag (1991), te konačno Lee (1997). Među važnije rezultate ovog rada spada određivanje z0 ovisno o smjerovima korištenjem tri pristupa: pomoću minimalnih suma kvadrata odstupanja između procijenjene brzine vjetra na 2 m visine iznad tla i odgovarajućih mjerenih vrijednosti, veze između standarnih devijacija brzine vjetra i z0, te veze između medijana maksimalnih udara vjetra i z0. Prema sve tri metode, vrijednosti z0 su veće za zapadne nego istočne kvadrante smjera vjetra što je u skladu s očekivanjem za opservatorij Zagreb-Maksimir. Dobiveni rezultati upućuju na zaključak da je mjerenje vjetra na standardnom nivou (10 m) reprezentativno za područje od oko 1 km od mjernog mjesta u smjeru vjetra. Ekstrapolacija podataka vjetra na niže ili više nivoe na osnovi standardnih mjerenja na 10 m visine daje vrijednosti koje su također reprezentativne za šire nehomogeno (u smislu hrapavosti) suburbano područje Zagreba. Takvi podaci mogu se koristiti u numeričkim modelima, procjeni turbulentnih tokova, energije vjetra, u građevinarstvu ili u aplikacijama vezanim za probleme zračnog onečišćenja. Predmet budućeg istraživanja je povezivanje podataka mjerenja vjetra na 2 m i 10 m s radiosondažnim podacima velike rezolucije za opservatorij Zagreb-Maksimir. Također, rezultati izloženi u ovom radu mogu dati smjernicu sličnom istraživanju za druge meteorološke postaje na širem području Hrvatske koje raspolažu podacima mjerenja vjetra na samo jednom nivou.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Geologija

POVEZANOST RADA