Geonhwa Ryu;Young-Gon Kim;Dongjin Kim;Sang-Man Kim;Min Je Kim;Wonbae Jeon;Chae-Joo Moon
Wind and Structures
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v.36
no.3
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pp.201-213
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2023
In this study, the effect of sea surface temperature (SST) on the distribution of vertical wind speed in the atmospheric boundary layer of coastal areas was analyzed. In general, coastal areas are known to be more susceptible to various meteorological factors than inland areas due to interannual changes in sea surface temperature. Therefore, the purpose of this study is to analyze the relationship between sea surface temperature (ERA5) and wind resource data based on the meteorological mast of Høvsøre, the test bed area of the onshore wind farm in the coastal area of Denmark. In addition, the possibility of coastal disasters caused by abnormal vertical wind shear due to changes in sea surface temperature was also analyzed. According to the analysis of the correlation between the wind resource data at met mast and the sea surface temperature by ERA5, the wind speed from the sea and the vertical wind shear are stronger than from the inland, and are vulnerable to seasonal sea surface temperature fluctuations. In particular, the abnormal vertical wind shear, in which only the lower wind speed was strengthened and appeared in the form of a nose, mainly appeared in winter when the atmosphere was near-neutral or stable, and all occurred when the wind blows from the sea. This phenomenon usually occurred when there was a sudden change in sea surface temperature within a short period of time.
This paper presents statistical analysis results of wind speed and atmospheric turbulence data measured from more than 30 anemometers installed at 15 different height levels on 325 m high Beijing Meteorological Tower and is primarily intended to provide useful information on boundary layer wind characteristics for wind-resistant design of tall buildings and high-rise structures. Profiles of mean wind speed are presented based on the field measurements and are compared with empirical models' predictions. Relevant parameters of atmospheric boundary layer at urban terrain are determined from the measured wind speed profiles. Furthermore, wind velocity data in longitudinal, lateral and vertical directions, which were recorded from an ultrasonic anemometer during windstorms, are analyzed and discussed. Atmospheric turbulence information such as turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and power spectral densities of the three-dimensional fluctuating wind velocity are presented and used to evaluate the adequacy of existing theoretical and empirical models. The objective of this study is to investigate the profiles of mean wind speed and atmospheric turbulence characteristics over a typical urban area.
The effect of buildings on flow in urban canopy is one of the most important problems in local/micro-scale meteorology. A large eddy simulation model is used to simulate the flow structure in an urban neighborhood and the bulk effect of the buildings on surrounding flows is analyzed. The results demonstrate that: (a) The inflow conditions affect the detailed flow characteristics much in the building group, including: the distortion or disappearance of the wake vortexes, the change of funneling effect area and the change of location, size of the static-wind area. (b) The bulk effect of the buildings leads to a loss of wind speed in the low layer where height is less than four times of the average building height, and this loss effect changes little when the inflow direction changes. (c) In the bulk effect to environmental fields, the change of inflow direction affects the vertical distribution of turbulence greatly. The peak value of the turbulence energy appears at the height of the average building height. The attribution of fluctuations of different components to turbulence changes greatly at different height levels, in the low levels the horizontal speed fluctuation attribute mostly, while the vertical speed fluctuation does in high levels.
Cheng, Xue-Ling;Li, Jun;Hu, Fei;Xu, Jingjing;Zhu, Rong
Wind and Structures
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v.20
no.1
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pp.59-74
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2015
A coupled model system for Wind Resource Assessment (WRA) was studied. Using a mesoscale meteorological model, the Weather Research and Forecasting (WRF) model, global-scale data were downscaled to the inner nested grid scale (typically a few kilometers), and then through the coupling Computational Fluid Dynamics (CFD) mode, FLUENT. High-resolution results (50 m in the horizontal direction; 10 m in the vertical direction below 150 m) of the wind speed distribution data and ultimately refined wind farm information, were obtained. The refined WRF/FLUENT system was then applied to assess the wind resource over complex terrain in the northern Poyang Lake region. The results showed that the approach is viable for the assessment of wind energy.
Numerical research on four typical configurations of noise mitigation structures and their characteristics of wind loads are reported in this paper. The turbulence model as well the model parameters, the modeling of the equilibrium atmospheric boundary layer, the mesh discretization etc., were carefully considered in the numerical model to improve the numerical accuracy. Also a numerical validation of one configuration with the wind tunnel test data was made. Through detailed analyses of the wind load characteristics with the inclined part and the wind incidence angle, it was found that the addition of an inclined part to a noise mitigation structure at-grade would affect the mean nett pressure coefficients on the vertical part, and that the extent of this effect depends on the length of the inclined part itself. The magnitudes of the mean nett pressure coefficients for both the vertical part and the inclined part of noise mitigation structure at-grade tended to increase with length of inclined part. Finally, a comparison with the wind load code British/European Standard BS EN 1991-1-4:2005 was made and the envelope of the mean nett pressure coefficients of the noise mitigation structures was given for design purposes. The current research should be helpful to improve current wind codes by providing more reasonable wind pressure coefficients for different configurations of noise mitigation structures.
Sterling, M.;Baker, C.J.;Richards, P.J.;Hoxey, R.P.;Quinn, A.D.
Wind and Structures
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v.9
no.3
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pp.193-215
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2006
This paper presents an analysis of wind velocity measurements obtained from four ultrasonic anemometers arranged in a vertical formation. The anemometers were located in a rural environment with a view to providing detailed information on the flow statistics of the lower part of the atmospheric boundary layer, particularly for the extreme wind events that are important in loading calculations. The data is analysed using both conventional analysis and conditional sampling. The latter is combined with wavelet analysis in order to provide a detailed analysis of the energy/frequency relationship of the extreme events. The work presented in this paper suggests that on average the extreme events occur as a result of the superposition of two independent mechanisms - large scale events that scale on the atmospheric boundary layer thickness and small scale events a few tens of metres in size.
Sand and dust storm in East Asia, so called Asian dust, is a seasonal meteorological phenomenon. Mostly in spring, dust particles blown into atmosphere in the arid area over northern China desert and Manchuria are transported to East Asia by prevailing flows. An Asian dust event occurred on 6-8 May 2007 is chosen to investigate how sensitive the Asian dust transport forecast to the initial condition uncertainties and to interpret the characteristics of sensitivity structures from the viewpoint of dynamics and predictability. To investigate the forecast sensitivities to the initial condition, adjoint sensitivities that calculate gradient of the forecast aspect (i.e., response function) with respect to the initial condition are used. The forecast aspects relevant to Asian dust transports are dry energy forecast error and lower tropospheric pressure forecast error. The results show that the sensitive regions for the dry energy forecast error and the lower tropospheric pressure forecast error are initially located in the vicinity of the trough and then propagate eastward as the surface low system moves eastward. The vertical structures of the adjoint sensitivities for the dry energy forecast error are upshear tilted structures, which are typical adjoint sensitivity structures for extratropical cyclones. Energy distribution of singular vectors also show very similar structures with the adjoint sensitivities for the dry energy forecast error. The adjoint sensitivities of the lower tropospheric pressure forecast error with respect to the relative vorticity show that the accurate forecast of the trough (or relative vorticity) location and intensity is essential to have better forecasts of the Asian dust event. Forecast error for the atmospheric circulation during the dust event is reduced 62.8% by extracting properly weighted adjoint sensitivity perturbations from the initial state. Linearity assumption holds generally well for this case. Dynamics of the Asian dust transport is closely associated with predictability of it, and the improvement in the overall forecast by the adjoint sensitivity perturbations implies that adjoint sensitivities would be beneficial in improving the forecast of Asian dust events.
A technique for the simulation of atmospheric boundary layers in wind tunnels is developed and tested experimentally. The device consists of a grid made of seven horizontal and vertical evenly distributed bars in which air injection holes are drilled in order to influence the flow in the wind tunnel. The air flow in each bar can be controlled independently. Firstly, the device is used together with a rough carpet, which covers the test section floor, in order to simulate the boundary-layer characteristics over an open rural area. Hot-wire measurements, performed at different positions in the test-section, show the capability of the grid in generating the required boundary layer. An acceptable agreement with statistical values of mean velocity and turbulence profiles has been achieved, together with a good span-wise homogeneity. The results are also compared with those of a passive simulation technique based on the use of spires.
A meteorological model, RAMS, and a commercial computational fluid dynamics (CFD) model, FLUENT are combined as a one-way off-line nested modeling system, namely, RAMS/FLUENT system. The system is experimentally applied in the wind simulation over a complex terrain, with which numerical simulations of wind field over Foyeding weather station located in the northwest mountainous area of Beijing metropolis are performed. The results show that the method of combining a meteorological model and a CFD model as a modeling system is reasonable. In RAMS/FLUENT system, more realistic boundary conditions are provided for FLUENT rather than idealized vertical wind profiles, and the finite volume method (FVM) of FLUENT ensures the capability of the modeling system on describing complex terrain in the simulation. Thus, RAMS/FLUENT can provide fine-scale realistic wind data over complex terrains.
The atmospheric turbulence characteristics measured at a meteorological station in northwest part of the Czech Republic are presented for selected time periods in the year 2017. The terrain of this region is influenced by surface coal mining and the related industry. The datasets used in this study were measured using four ultrasonic anemometers installed on an 80 m high meteorological mast at heights of 20, 40, 60 and 80 m, respective. From the primary high-frequency datasets, time intervals in order of hours were selected and integral turbulence characteristics (ITCs), turbulence intensities and turbulence spectra were analyzed. The time intervals were selected with respect to atmospheric stability parameter, known as Obukhov number. We concentrated on the days with higher wind velocity and neutral atmospheric stratification. The wind characteristics investigated in this study include the wind speed, wind direction and its histograms, turbulence intensity, friction velocity and wind power spectra. The ITCs and spectral characteristics were compared with the theoretical models and values from the literature. The resulting ITCs showed the values for urban locations similar to those found in other studies and can be used in practical design. The computed turbulence spectra followed the shape of theoretical spectra of turbulence for both horizontal and vertical velocity components. The computed integral length scales have shown to be unsuitable for further use due to their highly scattered values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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