第五章 本年度大氣邊界層紊流特性觀測結果
第四節 中央電台季風資料觀測分析
本研究之東北季風量測從民國 100 年 1 月至 4 月份。1 月份實場監測所量測 的資料中：每十分鐘帄均風速如圖 5- 16 所示；較高風速主要發生於 1 月 24 日 11 時 10 分至 1 月 25 日 05 時 20 分，與 1 月 25 日 23 時 50 分至 1 月 31 日 16 時 30 分，如圖 5- 17。兩個較高風速的時段，因東北季風的影響，所量測到的風向 角度主要介於北北東與東北東風（22.5～67.5）之間，如圖 5- 18～圖 5- 19。
2 月份所量測資料中：每十分鐘帄均風速如圖 5- 20、圖 5- 21 所示；較高風 速主要發生於 2 月 11 日 2 時 50 分至 2 月 11 日 14 時 10 分、2 月 14 日 00 時 30 分至 2 月 14 日 15 時 10 分。兩個較高風速的時段，所量測到的風向角度主介於 北與東北風（0～45）之間，如圖 5- 22。
3 月份所量測資料中：每十分鐘帄均風速如圖 5- 23～圖 5- 26 所示；較高風 速主要發生於 3 月 1 日 10 時 00 分至 3 月 2 日 11 時 40 分與 3 月 15 日 03 時 10 分至 3 月 16 日 07 時 10 分。兩個風速較高的時段，主要風向介於北北東與東北 東風（45.0～67.5）之間，如圖 5- 27。
1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00
1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 cu=70
風（22.5～67.5）之間，如圖 5- 29。
壹、歷時分析
當進行原始季風資料分析時，會將 1 至 4 月較高的風速資料進行 stationary 判定。通過 stationary 判定後，緊接著進行一小時帄均風速與風向的計算，分別 如圖 5- 30、圖 5- 31。在 60 公尺處之帄均風速都大於 4 m/sec 且最高風速可達 9.1 範圍 5 m/s<U(20)<9 m/s 內，取三個不同風速（U20=8.9、7.7、5.9 m/s）之十分鐘 帄均的資料，進行的帄均風速剖面繪製，並根據最小帄方法擬合指數律曲線，所
依據不同風速範圍可得知 20 公尺高程處的紊流強度分別為 0.18、0.20、0.26；60 公尺高程處的紊流強度則分別為 0.15、0.16、0.21，從數據中可以發現當高度提 升，紊流強度則下降。
從圖 5- 34 至圖 5- 36 中，不同高度下，每十分鐘帄均風速與紊流強度關係
的比較。在 40 公尺處：當帄均風速為 7～12 m/s 時，紊流強度值約為 15～25％。
肆、順風向紊流尺度
取三個不同風速（U20=8.91、6.07、5.34 m/s）之一小時帄均的資料，進行 順風向紊流尺度剖面繪製，如圖 5- 37。順風向紊流尺度在 60 公尺處為 100～160 公尺；40 公尺處為 90～120 公尺；20 公尺處為 50～80 公尺。雖然季風所量測的 帄均風速較低，但稍微可以看出順風向紊流尺度有隨著帄均風速增加而增加的趨 勢，如圖 5- 38 至圖 5- 40。
伍、擾動風速自頻譜探討
經由 stationary 處理過後的擾動風速歷時均針對風向角判斷分解為順風向與 橫風向進行頻譜分析。每組頻譜計算均以一小時長度為基準，十分鐘為一快速傅 立葉轉換的區段長度形成六區段帄均而求其能量頻譜。在圖 5- 41～圖 5- 43 中，
三個不同高度之順風向頻譜分析，依 Von-Karman 所提出之順風向擾動頻譜係數 為 70.8，而實場監測結果分析並求出最佳化擬合的係數範圍為 50～73，如圖 5- 44。此次實場監測所量得數據之與 Von-Karman 所提出的經驗公式是相當吻合的。
陸、尖峰因子
尖峰因子為時間的函數，在實場監測數據中有三個不同高度的尖峰因子函 數，又有文獻提出尖峰因子與紊流強度關係。為了避免不同高度紊流強度的影響 並整合所有陣風因子的結果，而採用(9)式消除紊流強度的影響，得到一新的陣 風因子，帄均一小時強風作用下的數據得到結果如圖 5- 45 表示。並與 Durst 所 提出 C 地況的值作比較，如圖 5- 46；在 1～3 秒時，實場監測 C（t）值大都比 Durst curve 來得低，但 10～3600 秒，實場監測 C（t）值與 Durst curve 是相當吻 合的。
圖 5- 47 迴歸在半對數座標下時間與尖峰因子的線性擬合式。
圖 5- 16 一月份風速監測資料(十分鐘帄均) 資料來源：自行研究
圖 5- 17 一月份較高風速監測資料(十分鐘帄均) 資料來源：自行研究
0 4 8 12 16
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/s
時間
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
0 4 8 12 16 20
1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
m/s
時間
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
圖 5- 18 一月份較高風速之風向監測資料(十分鐘帄均)
1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
角度
時間
20m平均風向角 40m平均風向角 60m平均風向角
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
角度
時間
20m平均風向角 40m平均風向角 60m平均風向角
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/s
時間
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
圖 5- 21 二月份較高風速監測資料(十分鐘帄均）
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
m/s
時間
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
0
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
角度
時間
20m平均風向角 40m平均風向角 60m平均風向角
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/s
時間
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
圖 5- 24 三月份較高風速監測資料(十分鐘帄均)
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
0
1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600
m/s
時間
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
0
1450 1470 1490 1510 1530 1550 1570 1590 1610 1630 1650
角度
時間
20m平均風向角 40m平均風向角 60m平均風向角
圖 5- 27 三月份風向監測資料(十分鐘帄均)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
角度
時間
20m平均風向角 40m平均風向角 60m平均風向角
0
0 200 400 600 800 1000 1200
m/s
時間
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
0
0 200 400 600 800 1000 1200
角度
時間
20m平均風向角 40m平均風向角 60m平均風向角
圖 5- 30 一～四月份風速監測資料(一小時帄均)
20m平均風速 40m平均風速 60m平均風速
0
20m平均風向角 40m平均風向角 60m平均風向角
圖 5- 32 風速剖面
0.15 0.25 0.32
U(20)=5.9 m/s U(20)=7.7 m/s U(20)=8.9 m/s
0
U(20)= 5.11 m/s U(20)=7.09 m/s U(20)=8.86 m/s
圖 5- 34 不同風速下，紊流強度的比較(20 公尺)
圖 5- 36 不同風速下，紊流強度的比較(60 公尺) U(20)=5.34 m/s U(20)=6.07 m/s U(20)=8.91 m/s
圖 5- 38 不同風速下，紊流尺度的比較(20 公尺)
圖 5- 40 不同風速下，紊流尺度的比較(60 公尺)
1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 風
速 頻 譜
頻率
von Karman Cu=57
圖 5- 42 順風向頻譜（40 公尺處）
資料來源：自行研究
1.E-02 1.E-01 1.E+00
1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 風
速 頻 譜
頻率
von Karman Cu=65
1.E-02 1.E-01 1.E+00
1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 風
速 頻 譜
頻率
von Karman Cu=60
圖 5- 44 不同風速下，Von-Karman 順風向擾動頻譜係數
1 10 100 1000 10000
G(t)
時間（秒）
20 40 60
圖 5- 46 實場尖峰因子與 Durst curve 值的比較
1 10 100 1000 10000
C(t)
1 10 100 1000 10000
C(t)
時間（秒）
20 40 60 fitting curve
c(t) = -0.412ln(t) + 3.0628