Articles

A szélsebesség és a hőmérsékletváltozás jellemzői egy lejtő alakú útpadka közelében

Abstract

Az autópályák építése során épített mesterséges építmények, mint például a padkák, befolyásolják a környező légáramlást. Az autópálya-partok körüli szélsebesség és hőmérséklet változásai miatt különböző típusú károk keletkezhetnek. Azonban egyetlen tanulmány sem mérte pontosan a gátak okozta mikrometeorológiai változásokat (szélsebesség és hőmérséklet). Ez a tanulmány szélcsatorna-vizsgálatot és helyszíni méréseket végzett a szélsebesség és a hőmérséklet változásainak azonosítására az utak körüli padkák építése előtt és után. Megállapították, hogy a szélsebesség változását a töltés építése után befolyásolja a környező szélsebesség, a szél szöge, a szintkülönbség és a töltéstől való távolság. Ha a töltéstől való szintkülönbség nagy volt, és a távolság elérte a 3H-t, a szélsebesség csökkenésének mértéke nagynak bizonyult. A referenciaszélsebességek változásaiban a töltés körül a szélsebesség növekedése nem volt arányos a szélsebesség csökkenésének mértékével. A töltés felépítése befolyásolta a környező hőmérsékleteket. A hőmérsékletváltozás mértéke nagy volt azokon a helyeken, ahol a padkától való nagy szintkülönbség volt hajnalban és az esti órákban, amikor a szélsebesség-változás kicsi volt.

1. Bevezetés

Mikor egy autópályát hegyvidéki területen építenek, autópálya töltéseket és alagutakat vezethetnek be. A hegyvidéki területeken ilyen módszerekkel épített autópályák károsíthatják a mezőgazdasági termékeket azáltal, hogy megzavarják a terület természetes napfényét és szellőzését. Amikor egy mesterséges építményt, például egy töltést építenek egy “gyümölcsös” termőterületen, a természetes légáramlás megzavarása a terület hőmérsékletének megváltozását okozhatja, ami olyan károkat okozhat, mint a gyümölcsfák elszáradása, a terméshozam csökkenése és a virágzás késése, amelyek mind csökkentik a termés minőségét. Bár szélfolyosókat lehet telepíteni a gátak köré, hogy megakadályozzák a hideg időjárás okozta károkat a légáramlás elzárásával, ezek nem bizonyultak különösebben hatékonynak. A gyümölcsfákat érő hideg időjárási károk nagy része az autópálya töltésekkel rendelkező területeken tavasszal következik be, amikor a szél gyenge. Ennek az az oka, hogy a hideg időjárás okozta károk nagy részét a gyenge légáramlás okozza. Különösen akkor, amikor a lejtőket völgy alakú nyílt területen építik, a levegő szabad áramlását az autópálya-partok akadályozzák, és a terület hőmérséklete alacsonyabb lesz, mint a szomszédos területeken, ami fokozza a hideg időjárás okozta károkat. A lejtős területeken a légáramlás változásai a topográfiai hatások miatt bonyolultabbak és változatosabbak.

A különböző topográfiáknak számos egyedi jelensége van, mint például a széllökések és a szélsebesség növekedése és csökkenése a fedési hatások miatt. A szélsebesség megnövekszik a lejtőn, és a terep bizonyos más topográfiai hatásai is növelhetik. Számos tanulmány vizsgálta a szélsebesség növekedését hegyvidéki, völgyes és lejtős területeken. Jackson és Hunt, valamint Mason és Sykes egyaránt tanulmányozta a szélsebesség növekedésének hatásait alacsonyabb hegyvidéki területeken, elválasztó jelenségek nélkül. Bowen egyszerű kétdimenziós hegyvidéki területeken vizsgálta a szélsebességet. Tayor és Lee algoritmust javasolt a szélsebesség növekedésének előrejelzésére egy hegyvidéki terület csúcsán. A legtöbb tanulmány a szélsebességek eloszlására összpontosított különböző meleg áramlási viszonyok mellett a hegyvidéki területeken (Newley , Neff és King , Finardi et al. , Booij et al. és Vosper et al. ). Miller és Davenport, valamint Li et al. összehasonlító elemzéseket végeztek a szélsebesség növekedéséről komplex hegyvidéki területeken, figyelembe véve a főbb terhelési kritériumokban javasolt felületi érdességet és a környező földrajzi jellemzőket. Emellett a szélsebesség-növekedés előrejelzésekor a felszín érdességét és a környező légáramlási viszonyokat emelték ki. Weng et al. a földrajzi jellemzők és a felületi érdesség figyelembevételével javasolt iránymutatásokat a légáramlatokra vonatkozóan komplex földrajzi viszonyok között. Svoboda és Čermák Doppler Sodar megfigyelésekkel mérték a szélsebességeket és azok eloszlását az Erzgebirge hegység gerincén. Chock és Cochran szélcsatorna-kísérletet végeztek a szélnövekedés jelenségének sebességének vizsgálatára egy változatos domborzatú szigeten, és a csúcs- és szélsebességnövekedésre vonatkozó kísérleti modellt javasoltak, amelyet a terepi szerkezetek tervezésénél lehet alkalmazni.

Az autópálya-partok azonban befolyásolják az alsó áramlásokat a lejtő alján. Nem végeztek elegendő tanulmányt egy mesterséges szerkezet, például egy autópálya-part közelében lévő légáramlásról. Mivel a lejtő alján a csupasz talajon termesztett gyümölcsök érzékenyek a hőmérsékletre és a szélsebességre, a szélsebességet és a hőmérsékletet értékelni kell, mielőtt utakat építenének a lejtőn. Ebben a tanulmányban a szélsebesség és a hőmérséklet változását vizsgálták a völgy alakú nyílt terepen épített autópálya-partok építése előtt és után. A szélsebesség változásaihoz szélcsatornatesztet végeztek modellek segítségével. A szélcsatorna-teszt során egy modellt használtak a szélsebesség változásának azonosítására az autópálya-partok építése előtt és után. Az autópálya-partok közelében a szélsebesség és a hőmérséklet közötti összefüggést akkor azonosították, amikor az autópálya-partok szomszédos területein terepi kísérletet végeztek.

2. Helyszín és vizsgálati módszer

A vizsgálati helyszínen a gyümölcsösök egy autópálya-építési szakaszon lévő 1,5 km-es partfalból álló terület körül voltak elosztva. Az 1. ábra mutatja a 36° 3,4′ ÉN és 140° 7,5′ (K) pontban elhelyezkedő autópálya-partokat és az azokat körülvevő területeket. A töltések építése előtt a levegő természetes módon áramolhatott le a hegy aljára. Úgy tűnik azonban, hogy a gátak építése befolyásolta a levegő áramlását. A szélsebesség és a hőmérséklet változásának értékelésére az autópálya töltéseit körülvevő területeken kétféle vizsgálatot végeztek. Először is, egy miniatűr földmodell elkészítésével szélcsatornatesztet végeztek, hogy azonosítsák a szélsebesség változását a felmérési pontokon az építkezés előtt és után. Másodszor, terepi kísérletet végeztünk, hogy azonosítsuk az összefüggést a hőmérséklet és a szélsebesség változásai között a gyümölcstermesztési területen a töltés megvalósítása után.

1. ábra

Topográfiai térkép a töltést körülvevő területről.

3. Szélcsatorna teszt

3.1. Szélcsatorna teszt

3.1. Szélcsatorna teszt. Kísérleti modell

Az autópálya-partok melletti légáramlás azonosítása érdekében szélsebesség-vizsgálatot végeztek egy 1/150 méretarányú szárazföldi modellen. A szélcsatorna szárazföldi modellje hungarocellből készült, és egy alumínium rudat helyeztek el rajta, hogy anemométereket lehessen felszerelni a szélsebesség mérésére. A turbulens határréteg szélcsatorna berendezése függőleges cirkulációjú zártkörű típus volt, és az alagút keresztmetszeti mérete 12 m széles, 2,5 m magas és 40 m hosszú volt. A 2. ábra a szélcsatornában elhelyezett kísérleti szárazföldi modellt mutatja. Az autópálya-partok szélsebesség-változásainak azonosítására többcsatornás anemométereket (System 6242 Model 1560) használtak. A kísérletet a szélsebesség változásainak azonosítására végezték a környező domborzat szintkülönbségének megfelelően az autópálya-partok építése előtt és után egy bizonyos kezdeti szélsebességgel. A gát alatti szélsebesség változásainak azonosításához összesen 19 pontot választottunk ki, mivel a gát déli és északi oldala között szintkülönbség volt. Az anemométert csak a déli irányban helyezték el. Mivel a déli terület nagyobb volt, mint az északi, ezért gyümölcsösként használták. Szélsebesség-vizsgálatokat végeztek öt helyen közvetlenül a töltés alatt és 14 helyen a töltéstől véletlenszerű távolságban. A vizsgált szélszögek a töltés északi és déli irányából fújó szelek szögére korlátozódtak. A szélsebesség-vizsgálatokat 10 szélszöggel végezték el, beleértve a négy szélszögből álló négyes sorozatot, az ÉNy-DK szélszög és az ÉNY-DK szélszög közötti 22,5°-os különbséggel. A 3. ábra mutatja be a szélcsatorna-vizsgálat szélszögeit. A referenciaszélsebességeket mérő anemométert az út fölé telepítették a töltéssel együtt. A 19 mérési hely és a referencia-anemométer magasságát 10 mm-ben határozták meg (a teljes méretarányú magasság 1,5 m volt).

(a) Before
(a) Előtte
(b) After
(b) Utána

(a) Before
(a) Előtte(b) After
(b) Utána

2. ábra

A szélcsatornába beépített földmodell.

3. ábra

Szélszögek és mérési pontok.

3.2. Szélcsatorna. Szélsebesség mérési eredmények

A szélsebességek méréséhez három referencia szélsebességet használtunk: 3 m/s, 5 m/s és 7 m/s. A referenciaszélsebességeket a töltésen lévő úton lévő anemométer által mért szélsebességek alapján határozták meg. Ebben a vizsgálatban a szélsebesség változását vizsgáltuk mérési helyenként a környező területen a referencia szélsebességek változásának megfelelően a töltés építése előtt és után.

A 3. ábra mutatja a szintkülönbséget a mérési helyek alapján a szélsebességek mérésére a töltés körül és a töltés útjának magassága alapján. A töltés alatti szomszédos terület átlagos szintkülönbsége -8,5 m. A töltés központi pontja alapján a bal oldali terület szintkülönbsége volt a legnagyobb, -11 m, a jobb oldali terület szintkülönbsége pedig -5,9 m.

A 4. ábra a szélsebességmérések vázlatát mutatja referencia szélsebesség és mérési hely szerint. Az 5. ábra a szélsebességek mérési hely szerinti eloszlását mutatja a szélszögváltozások szerint a töltéstől jobbra eső területen. A mérési hely szerinti szélsebesség-változások a referencia-szélsebességekhez képest a szélszögváltozásoknak megfelelően eltérőnek bizonyultak. A délkeleti pozíció szélsebessége azonban, mint a szárazföldön lévő völgyszél, legfeljebb 60%-kal kisebb volt, mint a többi szélirányból mért szélsebességek. A töltés építése után a szélsebesség nagymértékű csökkenése mutatkozott a referencia szélsebességhez képest minden mért szélirányban, kivéve néhány északi irányt. Azokban a szélirányokban (É és NNW), ahol a szélsebesség kis mértékben változott a töltés építése előtt és után, a többi helyszínhez képest alacsonyabb töltésmagasságú helyszíneken találtuk. Ez a tanulmány a szélsebesség-változásokat vizsgálta a referenciaszélsebességek növekedése szerint a gát építése előtt és után. Az egyes északi irányokból (É, ÉNy és ÉNy) érkező szélszögek a gát építése előtt és után azt mutatták, hogy a szélsebességek csökkenésének mértéke az építés után kicsi, 20% alatti volt, függetlenül a mérési helytől vagy a szélsebességtől. A mérési hely és a töltés közötti kisebb távolság és a referenciaszélsebesség növekedése a szélsebesség csökkenésének megfelelő nagyobb mértékét eredményezte. Ez a tanulmány a referenciaszélsebességhez viszonyított szélsebesség-változásokat vizsgálta a töltés magassága és a mérési hely közötti szintkülönbség függvényében. A 3. mérési helyszín esetében ez -13,6 m volt a töltés útja alatt. Az építés után a szélsebesség-változás minden szélsebességben 1 vagy az alatti volt. Megerősítést nyert, hogy a szélsebességek csökkenésének mértékét a töltéstől való szintkülönbség befolyásolta.

4. ábra

A szélsebesség mérésének vázlata.

(a) Point 3
(a) 3. pont
(b) Point 4
(b) 4. pont
(c) Point 10
(c) 10. pont
(d) Point 13
(d) 13. pont

(a) Point 3
(a) pont. 3(b) Point 4
(b) 4. pont(c) Point 10
(c) 10. pont(d) Point 13
(d) 13. pont

5. ábra

A szélsebességek eloszlása mérési helyenként a szélszög változásának megfelelően a töltéstől jobbra eső területen.

A 6. ábra a szélsebesség változását mutatja mérési helyenként a szélszögváltozás szerint a gáttól balra eső területen. A bal oldali terület sok olyan területet tartalmazott, ahol az átlagos szintkülönbség több mint 50%-kal magasabb volt. A bal oldali területet a mérési helyek és a szélszögek is befolyásolták a szélsebesség-változások mértékében a referenciaszélsebességekhez képest a gát építése előtt és után. A közvetlenül a töltés alatt elhelyezkedő 5. mérőhelyen -11,5 m-es szintkülönbség volt a töltés útjától, és a szélsebesség nagymértékű, több mint 70%-os csökkenését mutatta a töltés megépítése után 3 m/s-os referencia szélsebesség mellett. A 9., 14. és 15. mérőhelyeken azonban a déli irányú szélszögek tekintetében a szélsebesség csak kis mértékben változott a referenciaszélsebességhez képest a gát építése előtt és után. Ennek oka valószínűleg az, hogy ezeken a mérőhelyeken nagyobb szintkülönbségek voltak, mint az egyenértékű jobb oldali mérőhelyeken. Megerősítést nyert, hogy a szélsebesség-változásokat a gát körül nagymértékben befolyásolta a gáttól való távolság és a szintkülönbség.

(a) Point 5
(a) 5. pont
(b) Point 9
(b) 9. pont
(c) Point 14
(c) 14. pont
(d) Point 15
(d) 15. pont

(a) Point 5
(a) 5. pont(b) Point 9
(b) 9. pont(c) Point 14
(c) 14. pont(d) Point 15
(d) 15. pont

6. ábra

A szélsebességek eloszlása mérési helyenként a szélszög változásának megfelelően a töltéstől balra eső területen.

A 7. ábra a szélsebesség változását mutatja a gáttól való távolság szerint a szélszög változásának megfelelően. A gát építése előtt a szélsebesség távolság szerinti változásai a szélszögek nagy befolyása nélkül konzisztensnek mutatkoztak. A gát építése után azonban a szélsebesség változásai a referencia szélsebességhez képest a gáttól való távolság függvényében megerősítést nyert, hogy a szélszögek befolyásolják a szélsebességet. Az SSW és SW szélszögek mérési távolsága szerinti szélsebesség-változásokban a parttól 3 ( = a töltés magassága) távolságra lévő helyszínen a szélsebesség-arányok akár több mint 60%-os csökkenést mutattak a parttól 1,5 km-re lévő helyszínhez képest, függetlenül a szélsebesség-változásoktól. A gát északi oldaláról fújó NNW szélszögben azonban a szélsebesség nem változott a távolság függvényében. A szélsebesség változását a gáttól való távolság függvényében a szélszögek befolyásolták. A 8. ábra mutatja a szélsebesség eloszlását a töltés körüli területen, amikor a szél SSW felől fújt 3 m/s sebességgel.

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

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

7. ábra

Szélsebességek percenként a töltés távolsága szerint a szélszög változása szerint.

(a) Before
(a) Előtte
(b) After
(b) Utána

(a) Before
(a) Előtte(b) After
(b) Utána.

8. ábra

A szélsebesség eloszlási diagramja a helyszínen belül a gát építése előtt és után (szélszög = SSW).

A 8. ábra alatt a szélsebesség eloszlását mutatja a terepi topográfia színnel. Az alacsonyabb magasságú területek fekete színnel, a nagyobb magasságúak pedig piros színnel vannak jelölve. A modelllejtő beillesztése előtt a szélsebesség a topográfia szerint oszlott el. Ezért a bal oldali, magasabb topográfiájú terület mindig legalább 2 m/s szélsebességgel rendelkezett. Az alacsonyabb szinten mindig legalább 1,35 m/s szélsebesség volt. Amikor azonban az autópálya töltéseit megépítették, az alacsonyabb domborzatú jobb oldali terület szélsebessége több mint 55%-kal csökkent, ami a szélsebességet 1 m/s alá csökkentette. A kisebb szintkülönbséggel rendelkező bal oldali területen nem volt jelentős szélsebesség-csökkenés.

4. Terepi kísérlet

A felszíni szélsebesség és a hőmérsékletváltozás közötti összefüggés azonosítására az autópálya-partok területén terepi kísérletet végeztek. A 9. ábra mutatja a meteorológiai obszervatórium és a terepi kísérlet helyszíne közötti távolságot (8,6 km egyenes vonalban a mért pontoktól). A terepkísérletet 5,6°-os átlaghőmérséklet, 21,4°-os maximális hőmérséklet, -4,1°-os minimális hőmérséklet és 3,4 m/s átlagos szélsebesség alapján végeztük márciusban (a legközelebbi meteorológiai megfigyelőállomáson megfigyeltek szerint). A terepkísérletben a szélsebesség és a hőmérséklet eloszlását a töltés legalacsonyabb (-11,5 m) és legmagasabb (1,2 m) pontjára összpontosítva határoztuk meg. A 10. ábra mutatja a terepi kísérlet helyszínének elhelyezkedését. A szélsebesség és a hőmérséklet változásának a töltés magassága szerinti azonosítása érdekében a legmagasabb és legalacsonyabb pontokon anemométereket helyeztünk el.

9. ábra

A meteorológiai megfigyelőállomás és a terepi mérési pontok közötti távolság.

10. ábra

Mezei mérőpontok.

A két anemométer közötti öt pontot választottuk ki hőmérsékletmérő pontnak. A hőmérséklet-változást 18 napon keresztül rögzítettük, és az 5 percenként mért átlagos hőmérsékleti adatokat automatikusan elmentettük. A hőmérséklet-érzékelő (HOBO Pro v2 Tem/RH Data Logger) mérési tartománya -40-70°C, a szélsebesség-érzékelő mérési tartománya pedig 0,5-50 m/s volt. A 11. ábra összehasonlítja a hőmérsékleteket (átlag, maximum és minimum) és a szélsebességeket a meteorológiai obszervatóriumban rögzített adatok és a 18 napos kísérleti időszak alatt a terepi kísérletben mért adatok között. A meteorológiai állomás egyenes vonalú távolságban 8,6 Km-re volt a terepi mérési helytől, de az átlaghőmérsékleteik megegyeztek. Azon napok száma azonban, amikor 0 °C alatti minimumhőmérsékletet figyeltek meg, a meteorológiai megfigyelőállomás szerint 9 nap volt, a terepi kísérletben viszont 15 nap, ami azt jelenti, hogy a terepi mérési pontokon hat nappal több olyan nap volt, amikor 0 °C alatti minimumhőmérsékletet mértek. Amikor a meteorológiai megfigyelőközpontban az átlaghőmérséklet -4,1°C volt, a terepi kísérlet helyszínén -9,1°C volt. Az átlagos szélsebesség eloszlását tekintve a terepen nyolc napon 1,1 m/s-2 m/s szélsebességet mutattak, míg a meteorológiai megfigyelőállomáson csak két napon. A 3 m/s-nál nagyobb szélsebesség a terepkísérletben három napig, a meteorológiai megfigyelőállomáson pedig kilenc napig volt tapasztalható. A szélsebesség alacsonyabb volt a terepi mérési pontokon, mint a meteorológiai obszervatóriumban. A meteorológiai obszervatórium és a terepi kísérleti helyszín meteorológiai adatainak összehasonlításakor a kísérleti időszak alatt (18 nap) azt találták, hogy a terepi kísérleti helyszínen gyakrabban észleltek magasabb hőmérsékletet és alacsonyabb szélsebességet, bár a legmagasabb regisztrált hőmérsékletek szinte azonosak voltak. A 12. ábra a szélsebesség és a hőmérséklet átlagos értékét mutatja a padkától 1,2 m-re és -11,5 m-re lévő pontokon az idő függvényében ábrázolva. Megállapítható, hogy a hőmérséklet 0 °C alá csökkent, ahogy a szélsebesség gyorsan csökkent reggel 6 óra előtt és este 18 óra után.

(a) Average temperature
(a) Átlagos hőmérséklet
(b) Maximum temperature
(b) Maximális hőmérséklet
(c) Minimum temperature
(c) Minimális hőmérséklet
(d) Velocity
(d) Sebesség

(a) Average temperature
(a) Átlagos hőmérséklet. hőmérséklet(b) Maximum temperature
(b) Maximális hőmérséklet(c) Minimum temperature
(c) Minimális hőmérséklet(d) Velocity
(d) Sebesség

11. ábra

A szélsebesség változása a szélszög változásának megfelelően a gátépítés előtt és után mért pontokon.

12. ábra

Hőmérséklet és szélsebesség eloszlása a mért pontokon időzónánként a mérési időszak alatt.

A helyszín legalacsonyabb pontja (1. hőmérsékletmérő pont) 2°C-kal alacsonyabb hőmérsékletet mutatott, mint a padkán lévő azonos magasságú másik pont (6. hőmérsékletmérő pont). A hőmérséklet és a szélsebesség reggel 8 órától emelkedett, és 14 órakor érte el a csúcspontját. Ezt követően mind a hőmérséklet, mind a szélsebesség csökkent. A gát magasságánál alacsonyabb pontokon azonban a hőmérséklet és a szélsebesség akár 40%-kal alacsonyabb volt, mint a gátnál magasabb pontokon. Ezekből az eredményekből megerősítést nyert, hogy mind a hőmérsékletet, mind a szélsebességet befolyásolta a feltöltés a terepi kísérleti helyszínen. Általánosságban elmondható, hogy a magasság szerinti hőmérséklet-eloszlások a kis mennyiségű sugárzás miatt felhős napokon nem mutatnak nagy magasság szerinti hőmérséklet-eltéréseket. A tiszta és szélcsendes napokon azonban nagy hőmérséklet-eltéréseket mutatnak a magasság szerint. Míg hajnalban, nulla fok alatti hőmérséklet esetén és este a gátakkal együtt telepített alacsony magasságú helyek hőmérsékletét alacsonyabb magasságban mértük, mint a magas magasságú helyekét, addig délben, amikor a hőmérséklet emelkedett, magasabb magasságban mértük őket. Más szóval, egy hőmérséklet-fordító jelenséget figyeltek meg.

Ezt a hőmérséklet-fordító jelenséget mutatja a 13. ábra, amely a mérési időszak időátlagainak grafikonját mutatja. A mért adatok szerint az alacsonyabb területeken a hőmérséklet éjszaka 2,0 °C-kal alacsonyabb volt, mint a magasabb területeken, de nappal is 3,5 °C-kal magasabb volt. A 13. ábra az esős napokon és az esős napokat megelőző napokon a felmérési pontokon mért 24 órás adatokat mutatja. Az esős napokat megelőző napszakban az alacsonyabb területeken egyértelmű hőmérséklet-visszafordulás volt tapasztalható. A hőmérséklet hajnalban és este nulla fok alatt, délután pedig nulla fok felett volt. Az esős napokon azonban minden vizsgált helyszínen a nappali és éjszakai hőmérséklet-különbség minimális, 1 °C-nál kisebb volt.

(a) Temperature and wind velocity distribution on clear days with temperature reversal by point
(a) Hőmérséklet és szélsebesség eloszlása derült napokon hőmérséklet-fordulással pontonként
(b) Temperature and wind velocity distribution on rainy days without temperature reversal by point
(b) Hőmérséklet és szélsebesség eloszlása esős napokon hőmérséklet-fordulás nélkül pontonként

(a) Temperature and wind velocity distribution on clear days with temperature reversal by point
(a) Hőmérséklet. és szélsebesség-eloszlás tiszta napokon hőmérséklet-fordulással pontonként(b) Temperature and wind velocity distribution on rainy days without temperature reversal by point
(b) Hőmérséklet és szélsebesség-eloszlás esős napokon hőmérséklet-fordulás nélkül pontonként

13. ábra

Hőmérséklet és szélsebesség-eloszlás tiszta napokon és esős napokon.

5. A szélsebesség és a hőmérsékletváltozás kapcsolata

A szélsebesség és a hőmérséklet eloszlási diagramját vizsgáltuk a gátépítést követően. A 14. ábra az óránkénti szélsebességek és hőmérsékletek eloszlási diagramját mutatja a kísérleti helyszínenként. A földrajzi jellemzők alapján 18 napnyi adatot használtunk fel egy magasan fekvő (+1,2 m a töltés helye alapján) és egy alacsonyan fekvő (-13,6 m a töltés helye alapján) helyszínről. A szélsebességek és a hőmérséklet-változások jellemzőinek megértése érdekében óránkénti elemzést végeztek (18:00-18:00 és 6:00-18:00). A szélsebesség-változások hajnalban és az esti órákban nagyon alacsonyak voltak, 0,3-0,5 m/s alatt. A gát alatti, alacsonyan fekvő helyszínen (1. hőmérséklet) 0 és -4 °C közötti hőmérsékletváltozást, míg a magasan fekvő helyszínen 0,4 és -0,4 °C közötti hőmérsékletváltozást mértünk. Az alacsonyan fekvő helyen a hőmérséklet-változások nagyobb tartományban változtak, mint a magasan fekvő helyen. Azokban az órákban, amikor a mért szélsebesség nagyon alacsony, 0,5 m/s volt, az alacsonyan fekvő helyszínen minden hőmérséklettartományban nulla fok alatti hőmérsékletet mértek. Az alacsonyan fekvő telephely -4 °C-os minimális hőmérséklete több mint tízszer akkora hőmérséklet-különbséget mutatott, mint a magasan fekvő telephelyé, ugyanabban a szélsebesség-tartományban. A reggeli és délutáni órákban, amikor 2,4 m/s vagy annál kisebb szélsebességet mértek, az alacsonyszintű telephelyen a maximális és a minimális hőmérséklet közötti különbség 10°C volt. A magasan fekvő telephelyen azonban a különbség 5 °C volt. Az óránkénti hőmérsékleti jellemzők tekintetében megerősítést nyert, hogy a töltés csökkentette a szélsebességet és a hőmérsékletet a nulla alatti tartományba csökkentette. Azt is megállapították, hogy a szélsebesség-változás nélküli stagnáló területek a gát miatt befolyásolták a hőmérsékletet.

(a) Vel1-Temp1 (18 pm–6 am)
(a) Vel1-Temp1 (18:00-18:00)
(b) Vel1-Temp1 (6 am–18 pm)
(b) Vel1-Temp1 (6:00-18:00)
(c) Vel2-Temp6-am (18 pm–6 am)
(c) Vel2-Temp6-am (18:00-18:00)
(d) Vel2-Temp6 (6 am–18 pm)
(d) Vel2-Temp6 (6:00-18:00)

(a) Vel1-Temp1 (18 pm–6 am)
(a) Vel1-Temp1 (18 óra-6 óra)(b) Vel1-Temp1 (6 am–18 pm)
(b) Vel1-Temp1 (6 óra-18 óra)(c) Vel2-Temp6-am (18 pm–6 am)
(c) Vel2-Temp6-am (18 óra-6 óra)(d) Vel2-Temp6 (6 am–18 pm)
(d) Vel2-Temp6 (6 óra-18 óra)

14. ábra

A szélsebesség és a hőmérséklet eloszlása időzónánként.

6. Következtetés

A vizsgálat eredményei a lejtős domborzaton épített autópálya körüli töltés által okozott szélsebesség- és hőmérsékletváltozásokkal kapcsolatban a következők.

A szélsebességváltozásokat a töltés körül a környező szélsebesség, a szél szöge, a környező területek szintkülönbsége a töltés magassága szerint és a területek távolsága a töltéstől befolyásolta. A szélsebesség-változásokat a mérési helynek megfelelően különböző feltételekkel értékelték. Az alacsonyabb referencia-szélsebesség azonban a szélsebesség csökkenésének megfelelő nagyobb ütemét mutatta. Ezenkívül a szélszög változását tekintve a lejtős és völgy alakú területekről fújó szelek sebessége a töltés megépítése után akár több mint 60%-kal is csökkent. Ezenkívül a szélsebességek csökkenésének mértéke a környező területek szintkülönbsége miatt a töltés magassága szerint a legnagyobbnak bizonyult azon a területen, ahol a legnagyobb a szintkülönbség a töltés központi részétől. A szélsebesség változása a gáttól való távolság függvényében a szélsebesség csökkenési tartományának növekedését mutatta a 3. távolságig. Terepi méréseket végeztek a szélsebesség és a hőmérséklet változásának meghatározására a gát építése után. A helyszíni mérések eredményei is megerősítették a szélsebesség változását a töltés magasságának és szintkülönbségének függvényében. A gát középső részén mérték a legalacsonyabb szélsebességet, míg a szélsebesség változásának mértéke csekélynek bizonyult. A szélcsatorna-vizsgálat eredményei összhangban voltak az általános tendenciával. A kis szélsebesség-változással rendelkező helyen (a töltés alatt) alacsonyabb hőmérsékletet mértek, mint a magasabban fekvő helyen. Az esti és hajnali hőmérsékletváltozások, amikor alacsony szélsebességeket mértek, nagyobbak voltak a többi órához képest. A gát építése után a szélsebességgel együtt a hőmérséklet is csökkent.

Érdekütközés

A szerzők nem jelentenek be érdekellentétet a cikk publikálásával kapcsolatban.

Köszönet

Ezt a munkát a Koreai Nemzeti Kutatási Alapítvány (NRF) a koreai kormány (MEST) által támogatta (sz. 2011-0028567).

A munka a Koreai Nemzeti Kutatási Alapítvány (NRF) támogatásával készült.