Abstract

Künstliche Strukturen wie Dämme, die beim Bau von Autobahnen errichtet werden, beeinflussen die Luftströmung in der Umgebung. Aufgrund von Änderungen der Windgeschwindigkeit und der Temperatur in der Umgebung von Autobahndämmen können verschiedene Arten von Schäden auftreten. In keiner Studie wurden jedoch die mikrometeorologischen Veränderungen (Windgeschwindigkeit und Temperatur) aufgrund von Dämmen genau gemessen. In dieser Studie wurden Windkanaltests und Feldmessungen durchgeführt, um Veränderungen der Windgeschwindigkeit und Temperatur vor und nach dem Bau von Straßenböschungen zu ermitteln. Es wurde festgestellt, dass die Veränderungen der Windgeschwindigkeit in der Umgebung eines Dammes nach dessen Bau von der umgebenden Windgeschwindigkeit, dem Windwinkel, dem Höhenunterschied und dem Abstand vom Damm beeinflusst werden. Bei einem großen Höhenunterschied zum Damm und einem Abstand von bis zu 3H war der Grad der Abnahme der Windgeschwindigkeit sehr groß. Bei den Veränderungen der Referenzwindgeschwindigkeiten in der Umgebung des Dammes war die Zunahme der Windgeschwindigkeit nicht proportional zu der Geschwindigkeit, mit der die Windgeschwindigkeit abnahm. Die Konstruktion des Dammes beeinflusste die Umgebungstemperaturen. Das Ausmaß der Temperaturänderung war an Orten mit großen Höhenunterschieden zum Damm bei Tagesanbruch und in den Abendstunden groß, wenn die Windgeschwindigkeitsänderungen gering waren.

1. Einleitung

Wenn eine Autobahn in einem gebirgigen Gebiet gebaut wird, können Autobahndämme und -tunnel eingeführt werden. Autobahnen, die in Gebirgsregionen mit solchen Methoden gebaut werden, können landwirtschaftliche Erzeugnisse schädigen, da sie die natürliche Sonneneinstrahlung und Belüftung eines Gebiets stören. Wenn ein künstliches Bauwerk wie ein Damm in einem Obstanbaugebiet errichtet wird, kann die Störung der natürlichen Luftströmung zu einer Veränderung der Temperatur in dem Gebiet führen, was Schäden wie das Absterben von Obstbäumen, geringere Ernteerträge und Verzögerungen bei der Blüte zur Folge haben kann, was wiederum die Qualität der Ernte mindert. Obwohl Windkorridore um Böschungen herum angelegt werden können, um die durch Kälte verursachten Schäden zu verhindern, indem der Luftstrom abgeschnitten wird, haben sie sich nicht besonders bewährt. Die meisten Kaltwetterschäden an Obstbäumen in Gebieten mit Autobahndämmen treten im Frühjahr auf, wenn der Wind schwach ist. Der Grund dafür ist, dass die meisten Schäden bei kaltem Wetter durch eine schlechte Luftzirkulation verursacht werden. Insbesondere beim Bau von Hängen auf talseitigen Freiflächen wird der freie Luftstrom durch Autobahndämme behindert, und die Temperatur in diesem Gebiet ist niedriger als in anderen benachbarten Gebieten, was die Kälteschäden verstärkt. Die Veränderungen der Luftströmung in Hanglagen sind aufgrund topographischer Effekte komplizierter und vielfältiger.

Es gibt viele Phänomene, die für unterschiedliche Topographien typisch sind, wie z.B. die Zunahme und Abnahme der Windgeschwindigkeit aufgrund von Bedeckungseffekten. Die Windgeschwindigkeit wird an einem Hang erhöht und kann durch bestimmte andere topografische Effekte des Geländes erhöht werden. In zahlreichen Studien wurde die Zunahme der Windgeschwindigkeit in Gebirgs-, Tal- und Hanglagen untersucht. Sowohl Jackson und Hunt als auch Mason und Sykes untersuchten die Auswirkungen des Anstiegs der Windgeschwindigkeit in niedrigeren Bergregionen ohne Trennungserscheinungen. Bowen untersuchte die Windgeschwindigkeit in einfachen zweidimensionalen Bergregionen. Tayor und Lee schlugen einen Algorithmus zur Vorhersage von Windgeschwindigkeitszunahmen auf dem Gipfel eines Gebirges vor. Die meisten Studien konzentrierten sich auf die Verteilung der Windgeschwindigkeiten unter verschiedenen warmen Strömungsbedingungen in Berggebieten (Newley, Neff und King, Finardi et al., Booij et al. und Vosper et al.). Miller und Davenport sowie Li et al. führten vergleichende Analysen zum Anstieg der Windgeschwindigkeit in komplexen Gebirgsregionen durch, wobei sie die Oberflächenrauhigkeit, die in den wichtigsten Belastungskriterien vorgeschlagen wurde, und die umgebenden geografischen Merkmale berücksichtigten. Außerdem legten sie bei der Vorhersage von Windgeschwindigkeitszunahmen Wert auf die Oberflächenrauheit und die umgebenden Luftströmungsbedingungen. Weng et al. schlugen Leitlinien für Luftströmungen in komplexen geografischen Gebieten vor, indem sie geografische Merkmale und Oberflächenrauhigkeit berücksichtigten. Svoboda und Čermák maßen die Windgeschwindigkeiten und ihre Verteilung in den Kammlagen des Erzgebirges mit Hilfe von Doppler-Sodar-Beobachtungen. Chock und Cochran führten einen Windkanalversuch durch, um die Geschwindigkeit des Phänomens der Windzunahme auf einer Insel mit unterschiedlicher Topographie zu untersuchen, und schlugen ein experimentelles Modell für den Spitzenwert und die Zunahme der Windgeschwindigkeit vor, das bei der Planung von Feldstrukturen angewandt werden kann.

Allerdings beeinflussen Autobahnböschungen die Unterströmungen am Fuß eines Hanges. Es gibt keine ausreichenden Studien über die Luftströmung in der Nähe eines künstlichen Bauwerks wie eines Autobahndammes. Da Früchte, die auf dem nackten Boden am Fuße eines Hangs wachsen, empfindlich auf Temperatur und Windgeschwindigkeit reagieren, sollten Windgeschwindigkeit und Temperatur vor dem Bau von Straßen am Hang bewertet werden. In dieser Studie wurden Windgeschwindigkeits- und Temperaturveränderungen vor und nach dem Bau von Autobahndämmen auf talseitigem Offenland untersucht. Für die Veränderungen der Windgeschwindigkeit wurde ein Windkanalversuch mit Modellen durchgeführt. Bei dem Windkanalversuch wurde ein Modell verwendet, um die Änderung der Windgeschwindigkeit vor und nach dem Bau von Autobahndämmen zu ermitteln. Die Korrelation zwischen der Windgeschwindigkeit und der Temperatur in der Nähe von Autobahndämmen wurde ermittelt, als der Feldversuch in den angrenzenden Gebieten des Autobahndammes durchgeführt wurde.

2. Standort und Untersuchungsmethode

Im Versuchsgebiet waren die Obstbaubetriebe um ein Gebiet verteilt, das einen 1,5 km langen Damm in einem Autobahnbauabschnitt umfasste. Die Autobahndämme, die sich auf 36° 3,4′N und 140° 7,5′ (E) befinden, und die sie umgebenden Gebiete sind in Abbildung 1 dargestellt. Vor dem Bau der Dämme konnte die Luft auf natürliche Weise bis zum Fuß des Berges abfließen. Es scheint jedoch, dass der Bau der Dämme die Luftströmung beeinträchtigt hat. Um die Windgeschwindigkeit und die Temperaturveränderung in der Umgebung der Autobahndämme zu bewerten, wurden zwei Arten von Tests durchgeführt. Erstens wurde ein Windkanalversuch mit einem Miniatur-Landmodell durchgeführt, um die Veränderungen der Windgeschwindigkeit an den Messpunkten vor und nach dem Bau zu ermitteln. Zweitens wurde ein Feldexperiment durchgeführt, um die Korrelation zwischen Temperatur- und Windgeschwindigkeitsänderungen im Obstanbaugebiet nach der Errichtung des Dammes zu ermitteln.

Abbildung 1

Topographische Karte des Gebietes um den Damm.

3. Windkanaltest

3.1. Experimentelles Modell

Um die Luftströmung in der Nähe der Autobahnböschungen zu ermitteln, wurde ein Windgeschwindigkeitsversuch an einem Landmodell im Maßstab 1:150 durchgeführt. Das Landmodell für den Windkanal wurde aus Styropor hergestellt, und es wurde eine Aluminiumstange angebracht, damit Anemometer zur Messung der Windgeschwindigkeit installiert werden konnten. Der Windkanal für die turbulente Grenzschicht war ein geschlossener Windkanal mit vertikaler Zirkulation und hatte einen Querschnitt von 12 m Breite, 2,5 m Höhe und 40 m Länge. Abbildung 2 zeigt das im Windkanal installierte experimentelle Landmodell. Zur Ermittlung von Windgeschwindigkeitsänderungen in Autobahnböschungen wurden Mehrkanalanemometer (System 6242 Modell 1560) verwendet. Das Experiment wurde durchgeführt, um Änderungen der Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Höhenunterschied in der umgebenden Topografie vor und nach dem Bau von Autobahndämmen mit einer bestimmten Anfangswindgeschwindigkeit zu ermitteln. Zur Ermittlung von Änderungen der Windgeschwindigkeit unterhalb des Dammes wurden insgesamt 19 Punkte ausgewählt, da es einen Höhenunterschied zwischen der Südseite und der Nordseite des Dammes gab. Das Anemometer wurde nur in südlicher Richtung installiert. Da der südliche Bereich größer war als der nördliche, wurde er als Obstgarten verwendet. Die Windgeschwindigkeitsmessungen wurden an fünf Standorten direkt unterhalb des Dammes und an 14 Standorten in zufälligen Abständen vom Damm durchgeführt. Die getesteten Windwinkel beschränkten sich auf die Winde, die aus den nördlichen und südlichen Richtungen des Dammes wehten. Die Windgeschwindigkeitstests wurden bei 10 Windwinkeln durchgeführt, wobei jeder Satz von vier Windwinkeln einen Abstand von 22,5° zwischen dem NW-NE-Windwinkel und dem SW-SE-Windwinkel aufwies. In Abbildung 3 sind die Windwinkel im Windkanalversuch dargestellt. Das Anemometer, mit dem die Referenzwindgeschwindigkeiten gemessen wurden, wurde oberhalb der Straße mit der Böschung installiert. Die Höhen der 19 Messstellen und des Referenzanemometers wurden auf 10 mm festgelegt (die Höhe in Originalgröße betrug 1,5 m).

(a) Vorher

(b) Nachher

(a) Vorher
(b) Nachher

Abbildung 2

Landmodell im Windkanal installiert.

Abbildung 3

Windwinkel und Messpunkte.

3.2. Ergebnisse der Windgeschwindigkeitsmessung

Drei Referenzwindgeschwindigkeiten wurden für die Messung der Windgeschwindigkeiten verwendet: 3 m/s, 5 m/s und 7 m/s. Die Referenzwindgeschwindigkeiten basierten auf den Windgeschwindigkeiten, die mit dem Anemometer an der Uferstraße gemessen wurden. Bei diesem Versuch wurden die Veränderungen der Windgeschwindigkeiten an den einzelnen Messstandorten anhand der Veränderungen der Referenzwindgeschwindigkeiten in der Umgebung vor und nach dem Bau des Dammes untersucht.

Abbildung 3 zeigt den Höhenunterschied auf der Grundlage der Messstandorte zur Messung der Windgeschwindigkeiten rund um den Damm und die Höhe der Dammstraße. Der angrenzende Bereich unterhalb des Dammes wies eine durchschnittliche Höhendifferenz von -8,5 m auf. Bezogen auf den zentralen Punkt des Dammes wies der linke Bereich die größte Höhendifferenz von -11 m und der rechte Bereich eine Höhendifferenz von -5,9 m auf.

Abbildung 4 zeigt die Gliederung der Windgeschwindigkeitsmessungen nach Referenzwindgeschwindigkeit und Messort. Abbildung 5 zeigt die Verteilung der Windgeschwindigkeiten nach Messort entsprechend den Windwinkeländerungen im Bereich rechts des Dammes. Es wurde festgestellt, dass die Windgeschwindigkeitsänderungen je nach Messstandort im Vergleich zu den Referenzwindgeschwindigkeiten je nach Windwinkeländerung variieren. Die Windgeschwindigkeit der südöstlichen Position als Talwind auf dem Land war jedoch höchstens 60 % geringer als die aus anderen Windrichtungen gemessenen Windgeschwindigkeiten. Nach dem Bau der Dammstraße wurden in allen gemessenen Windrichtungen mit Ausnahme einiger nördlicher Richtungen große Abnahmen der Windgeschwindigkeit im Vergleich zu den Referenzwindgeschwindigkeiten festgestellt. Die Windrichtungen (N und NNW) mit geringen Änderungen der Windgeschwindigkeit vor und nach dem Bau des Dammes wurden an den Standorten mit niedrigeren Dammhöhen als an den anderen Standorten gefunden. In dieser Studie wurden die Veränderungen der Windgeschwindigkeiten entsprechend der Zunahme der Referenzwindgeschwindigkeiten vor und nach dem Bau des Dammes untersucht. Die Windwinkel aus einigen nördlichen Richtungen (N, NNW und NW) vor und nach dem Bau des Dammes zeigten, dass die Abnahmeraten der Windgeschwindigkeiten nach dem Bau des Dammes unabhängig vom Messstandort und der Windgeschwindigkeit mit weniger als 20 % gering waren. Ein geringerer Abstand zwischen dem Messort und dem Damm und eine Erhöhung der Referenzwindgeschwindigkeit führten zu einer entsprechend größeren Abnahme der Windgeschwindigkeit. In dieser Studie wurden die Veränderungen der Windgeschwindigkeit im Vergleich zu den Referenzwindgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Höhendifferenz zwischen der Böschungshöhe und dem Messstandort untersucht. Im Fall der Messstelle 3 lag dieser bei -13,6 m unter der Dammstraße. Nach dem Bau der Straße lagen die Windgeschwindigkeitsänderungen bei allen Windgeschwindigkeiten bei 1 oder darunter. Es wurde bestätigt, dass die Geschwindigkeit des Rückgangs der Windgeschwindigkeiten durch den Höhenunterschied zur Böschung beeinflusst wurde.

Abbildung 4

Übersicht über die Messung der Windgeschwindigkeit.

(a) Punkt 3

(b) Punkt 4

(c) Punkt 10

(d) Punkt 13

(a) Punkt 3
(b) Punkt 4
(c) Punkt 10
(d) Punkt 13

Abbildung 5

Verteilung der Windgeschwindigkeiten nach Messstellen entsprechend den Windwinkeländerungen im Bereich rechts der Böschung.

Abbildung 6 zeigt die Verteilung der Windgeschwindigkeiten nach Messstellen in Abhängigkeit von den Windwinkeländerungen im Bereich links vom Damm. Der linke Bereich enthielt viele Bereiche, die in Bezug auf den durchschnittlichen Höhenunterschied um mehr als 50 % höher waren. Der linke Bereich wurde auch durch die Messstandorte und die Windwinkel in Bezug auf das Ausmaß der Windgeschwindigkeitsänderungen im Vergleich zu den Referenzwindgeschwindigkeiten vor und nach dem Bau des Dammes beeinflusst. Die Messstelle 5, die sich direkt unterhalb des Dammes befindet, hatte einen Höhenunterschied von -11,5 m zur Dammstraße und wies nach dem Bau des Dammes bei einer Referenzwindgeschwindigkeit von 3 m/s einen starken Rückgang der Windgeschwindigkeit von über 70 % auf. Die Messstellen 9, 14 und 15 wiesen jedoch nur geringe Veränderungen der Windgeschwindigkeit im Vergleich zu den Referenzwindgeschwindigkeiten bei den Windwinkeln der südlichen Richtung vor und nach dem Bau des Dammes auf. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass diese Standorte größere Höhenunterschiede aufwiesen als die entsprechenden rechten Standorte. Es wurde bestätigt, dass die Windgeschwindigkeitsänderungen um den Damm herum weitgehend von der Entfernung und dem Höhenunterschied zum Damm beeinflusst wurden.

(a) Punkt 5

(b) Punkt 9

(c) Punkt 14

(d) Punkt 15

(a) Punkt 5
(b) Punkt 9
(c) Punkt 14
(d) Punkt 15

Abbildung 6

Verteilung der Windgeschwindigkeiten nach Messstellen entsprechend den Windwinkeländerungen im Bereich links der Böschung.

Abbildung 7 zeigt die Veränderungen der Windgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Entfernung vom Deich und den Windwinkeländerungen. Vor dem Bau des Dammes waren die Änderungen der Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Entfernung ohne große Einflüsse des Windwinkels konsistent. Nach dem Bau des Dammes wurde jedoch bestätigt, dass die Windgeschwindigkeitsänderungen im Vergleich zu den Referenzwindgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Entfernung vom Damm durch Windwinkel beeinflusst werden. Bei den Veränderungen der Windgeschwindigkeit durch die Messentfernung der Windwinkel SSW und SW zeigte der Standort, der 3 (= die Höhe des Dammes) vom Damm entfernt war, einen Rückgang der Windgeschwindigkeitsverhältnisse von bis zu über 60 % im Vergleich zum Standort, der 1,5 vom Damm entfernt war, unabhängig von den Veränderungen der Windgeschwindigkeit. Bei dem Windwinkel NNW, der aus dem Norden des Dammes weht, gab es jedoch keine Veränderungen der Windgeschwindigkeiten je nach Entfernung. Die Veränderungen der Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Entfernung zum Deich wurden durch die Windwinkel beeinflusst. Abbildung 8 zeigt die Windgeschwindigkeitsverteilung in der Umgebung des Dammes, wenn der Wind mit 3 m/s aus SSW wehte.

(a) SW

(b) SSW

(c) NNE

(a) SW
(b) SSW
(c) NNE

Abbildung 7

Windgeschwindigkeiten pro Minute in Abhängigkeit von der Böschungsentfernung und den Windwinkeländerungen.

(a) Vorher

(b) Nachher

(a) Vorher
(b) Nachher

Abbildung 8

Gesamtdiagramm der Windgeschwindigkeitsverteilung innerhalb des Ortes vor und nach dem Bau des Dammes (Windwinkel = SSW).

Abbildung 8 unterhalb der Windgeschwindigkeitsverteilung zeigt die Feldtopographie durch Farbe. Bereiche mit niedrigeren Höhen sind schwarz, höhere Höhen sind rot dargestellt. Vor dem Einfügen der Modellneigung war die Windgeschwindigkeit entsprechend der Topographie verteilt. Daher wies der linke Bereich, der eine höhere Topografie aufwies, immer eine Windgeschwindigkeit von mindestens 2 m/s auf. In der unteren Ebene lag die Windgeschwindigkeit immer bei mindestens 1,35 m/s. Als jedoch Autobahndämme errichtet wurden, kam es im rechten Bereich mit seiner niedrigeren Topografie zu einer Verringerung der Windgeschwindigkeit um mehr als 55 %, wodurch die Windgeschwindigkeit auf weniger als 1 m/s sank. Im linken Bereich mit einem geringeren Höhenunterschied war keine signifikante Verringerung der Windgeschwindigkeit zu verzeichnen.

4. Feldexperiment

Um die Korrelation zwischen der Windgeschwindigkeit an der Oberfläche und der Temperaturänderung im Bereich der Autobahndämme zu ermitteln, wurde ein Feldexperiment durchgeführt. Abbildung 9 zeigt die Entfernung zwischen dem meteorologischen Observatorium und dem Standort des Feldexperiments (8,6 km in gerader Linie von den Messpunkten). Das Feldexperiment wurde auf der Grundlage einer Durchschnittstemperatur von 5,6°, einer Höchsttemperatur von 21,4°, einer Mindesttemperatur von -4,1° und einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 3,4 m/s im März durchgeführt (wie im nächstgelegenen meteorologischen Observatorium beobachtet). Im Feldversuch wurden die Windgeschwindigkeits- und Temperaturverteilung am tiefsten Punkt (-11,5 m) und am höchsten Punkt (1,2 m) des Dammes ermittelt. Abbildung 10 zeigt die Lage des Feldversuchsgeländes. Um Veränderungen der Windgeschwindigkeit und der Temperatur in Abhängigkeit von der Höhe der Böschung zu ermitteln, wurden am höchsten und am niedrigsten Punkt Anemometer installiert.

Abbildung 9

Entfernung zwischen dem meteorologischen Observatorium und den im Feld gemessenen Punkten.

Abbildung 10

Feldmesspunkte.

Fünf Punkte zwischen den beiden Anemometern wurden als Temperaturmesspunkte ausgewählt. Die Temperaturveränderung wurde 18 Tage lang aufgezeichnet, und die alle 5 Minuten gemessenen durchschnittlichen Temperaturdaten wurden automatisch gespeichert. Der Messbereich des Temperatursensors (HOBO Pro v2 Tem/RH Data Logger) betrug -40-70°C, und der Messbereich des Windgeschwindigkeitssensors betrug 0,5-50 m/s. Abbildung 11 vergleicht die Temperaturen (Durchschnitt, Maximum und Minimum) und Windgeschwindigkeiten zwischen den im Wetterobservatorium aufgezeichneten Daten und den im Feldexperiment während des 18-tägigen Versuchszeitraums gemessenen Daten. Die Wetterstation war in gerader Linie 8,6 km vom Standort der Feldmessungen entfernt, aber die Durchschnittstemperaturen waren gleich. Die Anzahl der Tage, an denen eine Mindesttemperatur von unter 0°C beobachtet wurde, betrug jedoch laut Wetterwarte 9 Tage, während sie im Feldexperiment 15 Tage betrug, was bedeutet, dass es an den im Feld gemessenen Punkten sechs Tage mehr gab, die eine Mindesttemperatur von unter 0°C aufwiesen. Während die Durchschnittstemperatur im meteorologischen Observatorium bei -4,1°C lag, betrug sie am Standort des Feldexperiments -9,1°C. Bei der durchschnittlichen Windgeschwindigkeitsverteilung wurde im Feld an acht Tagen eine Windgeschwindigkeit von 1,1 m/s-2 m/s festgestellt, während sie im Wetterobservatorium nur an zwei Tagen auftrat. Eine Windgeschwindigkeit von mehr als 3 m/s wurde an drei Tagen im Feldversuch und an neun Tagen am meteorologischen Observatorium festgestellt. Die Windgeschwindigkeit war an den im Feld gemessenen Punkten geringer als am meteorologischen Observatorium. Beim Vergleich der meteorologischen Daten zwischen dem meteorologischen Observatorium und dem Feldversuchsgelände während des Versuchszeitraums (18 Tage) wurde festgestellt, dass am Feldversuchsgelände häufiger höhere Temperaturen und niedrigere Windgeschwindigkeiten beobachtet wurden, obwohl die höchsten gemessenen Temperaturen fast identisch waren. Abbildung 12 zeigt die durchschnittliche Windgeschwindigkeit und Temperatur an Punkten (1,2 m und -11,5 m von der Böschung entfernt), aufgetragen gegen die Zeit. Es wurde festgestellt, dass die Temperatur unter 0°C fiel, als die Windgeschwindigkeit vor 6 Uhr morgens und nach 18 Uhr abends schnell abnahm.

(a) Durchschnittliche Temperatur

(b) Maximale Temperatur

(c) Minimale Temperatur

(d) Windgeschwindigkeit

(a) Durchschnittliche Temperatur
(b) Maximale Temperatur
(c) Minimale Temperatur
(d) Geschwindigkeit

Abbildung 11

Veränderung der Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Änderung des Windwinkels an den Messpunkten vor und nach dem Bau des Dammes.

Abbildung 12

Temperatur- und Windgeschwindigkeitsverteilung an Messpunkten nach Zeitzone während der Messperiode.

Der tiefste Punkt des Geländes (Temperaturmesspunkt 1) wies eine um 2°C niedrigere Temperatur auf als der andere Punkt auf gleicher Höhe auf der Böschung (Temperaturmesspunkt 6). Temperatur und Windgeschwindigkeit stiegen ab 8 Uhr morgens an und erreichten um 14 Uhr einen Höhepunkt. Danach nahmen sowohl die Temperatur als auch die Windgeschwindigkeit ab. Allerdings waren die Temperaturen und Windgeschwindigkeiten an Punkten, die unterhalb der Dammhöhe lagen, um bis zu 40 % niedriger als an Punkten, die oberhalb des Dammes lagen. Diese Ergebnisse bestätigten, dass sowohl die Temperatur als auch die Windgeschwindigkeit durch die Aufschüttung am Feldversuchsstandort beeinflusst wurden. Im Allgemeinen ergeben die Temperaturverteilungen nach Höhe an bewölkten Tagen aufgrund der geringen Strahlungsmengen keine großen Temperaturabweichungen nach Höhe. An klaren und windstillen Tagen zeigen sie jedoch große Temperaturabweichungen in der Höhe. Während in der Morgendämmerung bei Minusgraden und am Abend die Temperaturen an niedrig gelegenen Standorten, die mit dem Damm installiert wurden, niedriger gemessen wurden als an hoch gelegenen Standorten, wurden sie am Mittag, wenn die Temperatur anstieg, auf höheren Ebenen gemessen. Mit anderen Worten, es wurde ein Phänomen der Temperaturumkehr beobachtet.

Dieses Phänomen der Temperaturumkehr ist in Abbildung 13 dargestellt, die ein Diagramm der Zeitmittelwerte während des Messzeitraums zeigt. In den gemessenen Daten war die Temperatur in den tiefer gelegenen Gebieten nachts um 2,0°C niedriger als in den höher gelegenen Gebieten, aber auch tagsüber um 3,5°C höher. Abbildung 13 zeigt die Daten von 24 Stunden, die an den Messpunkten an Regentagen und an den Tagen vor den Regentagen gemessen wurden. Am Tag vor den Regentagen gab es in den tiefer gelegenen Gebieten ein deutliches Phänomen der Temperaturumkehrung. Die Temperatur lag in der Morgendämmerung und am Abend unter Null und am Nachmittag über Null. An regnerischen Tagen gab es jedoch an allen Messstellen winzige Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht von weniger als 1°C.

(a) Temperatur- und Windgeschwindigkeitsverteilung an klaren Tagen mit Temperaturumkehr nach Punkt

(b) Temperatur- und Windgeschwindigkeitsverteilung an Regentagen ohne Temperaturumkehr nach Punkt

(a) Temperatur und Windgeschwindigkeitsverteilung an klaren Tagen mit Temperaturumkehr nach Punkt
(b) Temperatur- und Windgeschwindigkeitsverteilung an Regentagen ohne Temperaturumkehr nach Punkt

Abbildung 13

Temperatur- und Windgeschwindigkeitsverteilung an klaren Tagen und an Regentagen.

5. Beziehung zwischen Windgeschwindigkeit und Temperaturänderung

Das Verteilungsdiagramm der Windgeschwindigkeiten und Temperaturen nach dem Bau des Dammes wurde untersucht. Abbildung 14 zeigt das Verteilungsdiagramm der stündlichen Windgeschwindigkeiten und Temperaturen nach Versuchsstandort. Aufgrund der geografischen Gegebenheiten wurden die Daten von 18 Tagen eines hoch gelegenen Standorts (+1,2 m, bezogen auf den Standort des Dammes) und eines niedrig gelegenen Standorts (-13,6 m, bezogen auf den Standort des Dammes) verwendet. Um die Merkmale von Windgeschwindigkeiten und Temperaturänderungen zu verstehen, wurde eine stündliche Analyse (18 Uhr – 6 Uhr und 6 Uhr – 18 Uhr) durchgeführt. Die Windgeschwindigkeitsänderungen in der Morgendämmerung und in den Abendstunden waren mit unter 0,3-0,5 m/s sehr gering. Der niedrig gelegene Standort (Temperatur 1) unterhalb des Dammes wies Temperaturänderungen im Bereich von 0 bis -4 °C auf, während der hoch gelegene Standort Temperaturänderungen von 0,4 bis -0,4 °C aufwies. Der niedrig gelegene Standort wies eine größere Bandbreite an Temperaturänderungen auf als der hoch gelegene Standort. In den Stunden, in denen die gemessene Windgeschwindigkeit mit 0,5 m/s sehr niedrig war, wurden am niedrig gelegenen Standort in allen Temperaturbereichen Temperaturen unter Null gemessen. Die minimale Temperatur von -4 °C am niedrig gelegenen Standort wies eine Temperaturdifferenz auf, die mehr als zehnmal so hoch war wie die des hoch gelegenen Standorts im gleichen Windgeschwindigkeitsbereich. In den Morgen- und Nachmittagsstunden, in denen eine Windgeschwindigkeit von 2,4 m/s oder weniger gemessen wurde, betrug der Unterschied zwischen den Höchst- und Tiefsttemperaturen am niedrig gelegenen Standort 10°C. Am hoch gelegenen Standort betrug der Unterschied jedoch nur 5°C. Hinsichtlich der Merkmale der stündlichen Temperaturen wurde bestätigt, dass der Damm die Windgeschwindigkeit reduziert und die Temperatur in den Bereich unter Null gesenkt hat. Es wurde auch festgestellt, dass stagnierende Regionen ohne Windgeschwindigkeitsänderungen aufgrund des Dammes die Temperatur beeinflussten.

(a) Vel1-Temp1 (18 pm-6 am)

(b) Vel1-Temp1 (6 am-18 pm)

(c) Vel2-Temp6-am (18 Uhr-6 Uhr)

(d) Vel2-Temp6 (6 Uhr-18 Uhr)

(a) Vel1-Temp1 (18 Uhr-6 Uhr)
(b) Vel1-Temp1 (6 Uhr-18 Uhr)
(c) Vel2-Temp6-am (18 Uhr-6 Uhr)
(d) Vel2-Temp6 (6 Uhr-18 Uhr)

Abbildung 14

Verteilung zwischen Windgeschwindigkeit und Temperatur nach Zeitzone.

6. Schlussfolgerung

Die Ergebnisse dieser Studie über Windgeschwindigkeits- und Temperaturveränderungen, die durch den Damm um eine auf einer geneigten Topographie errichteten Autobahn verursacht werden, sind wie folgt:

Die Windgeschwindigkeitsveränderungen um den Damm wurden durch die umgebenden Windgeschwindigkeiten, die Windwinkel, die Höhenunterschiede der umgebenden Gebiete entsprechend der Höhe des Dammes und den Abstand der Gebiete vom Damm beeinflusst. Die Veränderungen der Windgeschwindigkeit wurden je nach Messort unterschiedlich bewertet. Eine niedrigere Referenzwindgeschwindigkeit wies jedoch eine entsprechend größere Abnahmerate der Windgeschwindigkeiten auf. Was die Windwinkeländerungen betrifft, so nahmen die Windgeschwindigkeiten in Hang- und Tallagen nach dem Bau des Dammes um bis zu über 60 % ab. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der Rückgang der Windgeschwindigkeiten aufgrund des Höhenunterschieds der umliegenden Gebiete in Abhängigkeit von der Höhe des Dammes in dem Gebiet mit dem größten Höhenunterschied zum zentralen Teil des Dammes am größten war. Die Veränderung der Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Entfernung zum Damm zeigte einen Anstieg im Bereich der abfallenden Windgeschwindigkeiten bis zu einem Abstand von 3. Es wurden Feldmessungen durchgeführt, um die Windgeschwindigkeit und die Temperaturveränderungen nach dem Bau des Dammes zu bestimmen. Die Ergebnisse der Feldmessungen bestätigten auch, dass sich die Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe des Dammes und dem Höhenunterschied verändert. Im mittleren Teil des Dammes wurde die niedrigste Windgeschwindigkeit gemessen, während der Grad der Windgeschwindigkeitsänderung gering war. Die Ergebnisse des Windkanaltests stimmten mit der allgemeinen Tendenz überein. Am Standort mit geringen Windgeschwindigkeitsänderungen (unterhalb des Dammes) wurden niedrigere Temperaturen gemessen als am höher gelegenen Standort. Die Temperaturänderungen am Abend und in der Morgendämmerung, wenn niedrige Windgeschwindigkeiten gemessen wurden, waren im Vergleich zu den anderen Stunden größer. Nach dem Bau des Dammes sanken die Temperaturen zusammen mit den Windgeschwindigkeiten.

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass es keinen Interessenkonflikt in Bezug auf die Veröffentlichung dieser Arbeit gibt.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde von der National Research Foundation of Korea (NRF) mit einem Zuschuss der koreanischen Regierung (MEST) unterstützt (Nr. 2011-0028567).