山地地形對風(fēng)的影響

1、山地地形對風(fēng)的影響湖南師大附中 1507班 胡晨光摘要本文通過對岳麓山的考察和理想模型建立，考慮在地平面上建立三維立體坐標(biāo)，從橫向模型和縱向模型兩個方面，忽略當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，大氣狀況，山地形狀等因素的影響，研究山地迎風(fēng)坡的坡度、山地的高度、山地的相對高度對風(fēng)速和風(fēng)向的影響，在沒有任何數(shù)據(jù)的情況下建立數(shù)學(xué)模型，并運用物理能量變化規(guī)律進行解釋和探究。引言山地地形在地球上分布廣泛，甚至在平原、高原上都可以見到突起的山川，所以對山地地形的研究的價值和意義非凡。在中學(xué)教材的編寫內(nèi)容上，關(guān)于山地地形對風(fēng)的影響只做了一個結(jié)論性的總結(jié)，沒有提供具體的模型和數(shù)據(jù)予以證明，這樣對學(xué)生的理解有很大的障礙，沒有學(xué)習(xí)的

2、靈活性。本文試圖在水平面上建立三維坐標(biāo)，研究山地迎風(fēng)坡的坡度、山地的高度、山地的相對高度對風(fēng)速和風(fēng)向的影響。第一章：實地探查岳麓山位于長沙湘江西岸，屬于我國AAAAA(5A)級旅游景區(qū)岳麓山-橘子洲旅游景區(qū)的重要部分，是國家級重點風(fēng)景名勝區(qū)。其包括了歷經(jīng)千載，瀚墨流香推薦精選的“中華第一學(xué)府”岳麓書院，“四大名亭”之一的愛晚亭等自然人文景觀。為什么岳麓山會成為古人所青睞的學(xué)習(xí)生活的最佳選擇？舒適的風(fēng)力的影響絕對功不可沒。在岳麓山上，從山麓到山坡到山頂，攀爬的過程中很容易感覺到風(fēng)的變化，尤其是在夏季?？墒菫槭裁磿羞@樣的變化呢？這樣變化的規(guī)律是什么呢？我們了解到，在岳麓山南坡（迎風(fēng)坡）一面，其從

3、山麓到山頂?shù)木嚯x為3.4km±10m，其海拔約為304m，相對高度約為255m，坡度在0.080-0.095之間，而且很容易感覺到，在山坡的某一高度，風(fēng)的速度達到臨界，而到山頂風(fēng)速相對更為強。那在一般情況下地形因素又是如何影響風(fēng)的呢？第二章：推薦精選第一節(jié)：山體坡度對速度變化的影響在我們已有的知識中，我們了解到，在山體的某一位置風(fēng)速有一特定的臨界值。我們不妨建立一個理想的山體模型，設(shè)其高（y軸）為L（為定值），其特定高度為L0，x軸的值任意，z軸無限延長。連接山頂（y軸頂端）和山麓（x軸頂端）其夾角為，自變量為相對高度h，其的起始風(fēng)速為V0，相對風(fēng)速為V。我們知道當(dāng)小于一個值時不會發(fā)

4、生流動分離，我們暫時不考慮這個方面的問題，所以我們在這里規(guī)定，一定會發(fā)生流動分離。當(dāng)越小時，若V0不變，則單位時間內(nèi)的爬升的高度越小，則積累的能量則會越小，供需無法達到平衡，則速度越小。由此，則設(shè)夾角為時，其供需平衡，速度不變。在<時，我們試著建立一個指數(shù)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型。在<時 h>L0,0<a<1V/V0= h<L0,1<a 在>時， h>L0, 1<aV/V0= h<L0, 0<a<1若按照此方法計算，當(dāng)>時，其會出現(xiàn)“指數(shù)爆炸”的現(xiàn)象，這顯然不符合我們的實際情況。為了彌補這一缺陷，我們不妨再建立一個對數(shù)函

5、數(shù)。推薦精選在>時 h>L0,1<aV/V0= h<L0,0<a<1第二節(jié)：山體高度及地貌對速度變化和方向的影響為了全面的考察山體對風(fēng)速變化和風(fēng)向變化的影響，我們分別對y軸和z軸進行變量分析。發(fā)現(xiàn)：若h越遠(yuǎn)離L0，則在單位h下變化的值越小；h越靠近L0，則單位h下的變化量越大。沿著山體地貌的變化風(fēng)向發(fā)生了相應(yīng)的變化。以上兩點分析，也正好驗證了第一節(jié)中的數(shù)學(xué)模型的單調(diào)性變化的規(guī)律。第三章：模型的意義和價值自然地理條件對于風(fēng)工程的影響極為深遠(yuǎn)，數(shù)學(xué)模型的建立和分析也是風(fēng)工程的研究方法之一，它有它獨特的的利用價值和準(zhǔn)確性。數(shù)學(xué)模型的建立也可以幫助氣象部門計算氣流的

6、速度變化和方向，對于氣象災(zāi)害的預(yù)報和氣象問題的預(yù)估起到非常大的作用。推薦精選而風(fēng)速度變化和方向變化對于人們的生活生產(chǎn)也起到了非常大的作用，影響著我們身邊的環(huán)境，也可以幫助我們選擇適宜的生活的環(huán)境和學(xué)習(xí)工作環(huán)境。對于城市建設(shè)規(guī)劃和調(diào)整起到了非常大的作用，比如在什么地方建設(shè)工廠，在什么地方建設(shè)居民區(qū)，在什么地方建設(shè)CBD(中心商務(wù)區(qū))。對于環(huán)境的保護和資源的合理利用有著參考價值，比如在山坡上建設(shè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，風(fēng)力的強度對于大氣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，我們發(fā)現(xiàn)了自然地理與數(shù)學(xué)模型有著微妙而精巧的聯(lián)系，但是由于數(shù)據(jù)的確實和經(jīng)驗的不足我們沒有能夠具體的算出具體的變量

7、和參數(shù)。 在模型的建立時，我沒有考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，沒有考慮當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顩r和人文條件，也忽略了背風(fēng)坡的情況和風(fēng)與山體的接觸所消耗的能量。 結(jié)論：山地對于盛行氣流的影響非常明顯，它不僅影響著風(fēng)的速度、方向，同時也決定著風(fēng)速隨高度的變化、風(fēng)向的水平變化和垂直變化。這種影響，和山地的高度，坡度和地貌等因素有關(guān)。下面做以下結(jié)論：推薦精選風(fēng)速在山地的某一高度時，有達到臨界點位置；當(dāng)<時，在L0處會出現(xiàn)風(fēng)速的最大值，在山頂處會出現(xiàn)最小值；在>時，在L0處會出現(xiàn)風(fēng)速的最小值，在山頂處會出現(xiàn)最大值山地的坡度和h/L0是決定風(fēng)速的變化量V/V0的決定性因素。當(dāng)<時，其V/V01，山體的地形條件減弱了風(fēng)速；在>時，V/V01，山體的地形條件增強了風(fēng)速。h與L0的相對值越大，其V將對于V0的變化量會越大；h與L0的相對值越下，其V