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1.1 平均風速剖面

由流體力學理論,可知風吹過地表面,使得接近地表面處將形成一薄層,稱為大氣邊界層(atmospheric boundary layer)(參見圖2-1),該層之風場流力現象,有別於層外之風場氣流。一般而言,由地表至數百公尺高度皆為大氣邊界層(atmospheric boundary layer;ABL)之範圍。

當大氣狀況條件為中性(neutral),亦即大氣垂直向之溫度梯度(temperature gradient)等於絕熱傾率(adiabatic lapse rate),且由於地面粗糙摩擦影響,使得吹過地面之風呈現紊流(turbulence)流況,同時在地表面形成一邊界層(boundary layer),稱為中性大氣紊流邊界層(neutral turbulent boundary layer)。由於人類活動與相關工程建設,幾乎都在大氣邊界層內範圍進行,因此風工程研究分析探討有關風之特性、風場環境、空氣污染大氣擴散、以及風與結構物或建築物之互制作用等等,也都侷限於在該邊界層範圍內。

圖1.1 邊界層示意圖


關於中性大氣紊流邊界層之風場特性描述,一般主要參數包括有:(1)平均風速剖面(mean velocity profile)、(2)紊流強度(turbulence intensity)剖面、(3)雷諾應力(Reynolds stress)剖面、(4)紊流風速頻譜(wind spectrum)、與(5)紊流積分長度尺度(integral length scale)等。在風工程相關問題之設計、評估、與應用上,這些風場特性參數均為不可或缺,非常重要。以下各節將針對此等參數特性逐一說明。

1.2 紊流強度剖面

1.3 雷諾應力

1.4 紊流積分尺度

1.5 風速頻譜及交頻譜