山地地形对风的影响.doc

山地地形对风的影响湖南师大附中 1507班 胡晨光摘要本文通过对岳麓山的考察和理想模型建立，考虑在地平面上建立三维立体坐标，从横向模型和纵向模型两个方面，忽略当地的气候条件，大气状况，山地形状等因素的影响，研究山地迎风坡的坡度、山地的高度、山地的相对高度对风速和风向的影响，在没有任何数据的情况下建立数学模型，并运用物理能量变化规律进行解释和探究。引言山地地形在地球上分布广泛，甚至在平原、高原上都可以见到突起的山川，所以对山地地形的研究的价值和意义非凡。在中学教材的编写内容上，关于山地地形对风的影响只做了一个结论性的总结，没有提供具体的模型和数据予以证明，这样对学生的理解有很大的障碍，没有学习的灵活性。本文试图在水平面上建立三维坐标，研究山地迎风坡的坡度、山地的高度、山地的相对高度对风速和风向的影响。第一章：实地探查岳麓山位于长沙湘江西岸，属于我国AAAAA(5A)级旅游景区岳麓山-橘子洲旅游景区的重要部分，是国家级重点风景名胜区。其包括了历经千载，瀚墨流香的“中华第一学府”岳麓书院，“四大名亭”之一的爱晚亭等自然人文景观。为什么岳麓山会成为古人所青睐的学习生活的最佳选择？舒适的风力的影响绝对功不可没。在岳麓山上，从山麓到山坡到山顶，攀爬的过程中很容易感觉到风的变化，尤其是在夏季。可是为什么会有这样的变化呢？这样变化的规律是什么呢？我们了解到，在岳麓山南坡（迎风坡）一面，其从山麓到山顶的距离为3.4km10m，其海拔约为304m，相对高度约为255m，坡度在0.080-0.095之间，而且很容易感觉到，在山坡的某一高度，风的速度达到临界，而到山顶风速相对更为强。那在一般情况下地形因素又是如何影响风的呢？第二章：第一节：山体坡度对速度变化的影响在我们已有的知识中，我们了解到，在山体的某一位置风速有一特定的临界值。我们不妨建立一个理想的山体模型，设其高（y轴）为L（为定值），其特定高度为L0，x轴的值任意，z轴无限延长。连接山顶（y轴顶端）和山麓（x轴顶端）其夹角为，自变量为相对高度h，其的起始风速为V0，相对风速为V。我们知道当小于一个值时不会发生流动分离，我们暂时不考虑这个方面的问题，所以我们在这里规定，一定会发生流动分离。当越小时，若V0不变，则单位时间内的爬升的高度越小，则积累的能量则会越小，供需无法达到平衡，则速度越小。由此，则设夹角为时，其供需平衡，速度不变。在时，我们试着建立一个指数函数的数学模型。在L0,0a1V/V0= hL0,1时， hL0, 1aV/V0= hL0, 0a时，其会出现“指数爆炸”的现象，这显然不符合我们的实际情况。为了弥补这一缺陷，我们不妨再建立一个对数函数。在时 hL0,1aV/V0= hL0,0a1第二节：山体高度及地貌对速度变化和方向的影响为了全面的考察山体对风速变化和风向变化的影响，我们分别对y轴和z轴进行变量分析。发现：若h越远离L0，则在单位h下变化的值越小；h越靠近L0，则单位h下的变化量越大。沿着山体地貌的变化风向发生了相应的变化。以上两点分析，也正好验证了第一节中的数学模型的单调性变化的规律。第三章：模型的意义和价值自然地理条件对于风工程的影响极为深远，数学模型的建立和分析也是风工程的研究方法之一，它有它独特的的利用价值和准确性。数学模型的建立也可以帮助气象部门计算气流的速度变化和方向，对于气象灾害的预报和气象问题的预估起到非常大的作用。而风速度变化和方向变化对于人们的生活生产也起到了非常大的作用，影响着我们身边的环境，也可以帮助我们选择适宜的生活的环境和学习工作环境。对于城市建设规划和调整起到了非常大的作用，比如在什么地方建设工厂，在什么地方建设居民区，在什么地方建设CBD(中心商务区)。对于环境的保护和资源的合理利用有着参考价值，比如在山坡上建设风力发电设施，风力的强度对于大气污染物的排解作用的估算等等。第四章：不足和反思 在本次研究中，我们发现了自然地理与数学模型有着微妙而精巧的联系，但是由于数据的确实和经验的不足我们没有能够具体的算出具体的变量和参数。 在模型的建立时，我没有考虑当地的气候特征，没有考虑当地的大气状况和人文条件，也忽略了背风坡的情况和风与山体的接触所消耗的能量。 结论：山地对于盛行气流的影响非常明显，它不仅影响着风的速度、方向，同时也决定着风速随高度的变化、风向的水平变化和垂直变化。这种影响，和山地的高度，坡度和地貌等因素有关。下面做以下结论：风速在山地的某一高度时，有达到临界点位置；当时，在L0处会出现风速的最小值，在山顶处会出现最大值山地的坡度和h/L0是决定风速的变化量V/V0的决定性因素。当时，V/V01，山体的地形条件增强了风速。h与L0的相对值越大，其V将对于V0的变