Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
The wind field in coastal areas
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences, LUVAL.
2001 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (One Year)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Vindfältet i kustnära områden” (Swedish)
Abstract [en]

The land-sea transition in coastal areas makes the meteorological conditions rather complex and the structure of the coastal boundary layer is important for many reasons. Two examples are air pollution dispersion and wind energy potential.

The wind field off the coast when offshore flow is present has been studied. At the coast there is a sudden change in surface properties that will affect the wind field in the area. When warm air is advected out over the much colder sea we get a stable stratification whose structure depends on wind speed and temperature difference. The roughness length over the sea is much less than over land, which gives less friction over the sea and usually increased winds. This is the general situation. But with a stable stratification the wind speed decreases near the surface partly due to the much denser air. However, there may be a wind speed decrease a certain distance from the coast, after an initial wind speed maximum. This is due to the growth of a stable internal boundary layer that develops over the sea. What is new in this investigation is that the more stable the stratification over the sea is, the farther offshore the decrease in wind speed occurs, probably more than 30 km. Thus with a very stable stratification the wind speed off the coast in coastal areas seems to be increased instead of decreased. This investigation also includes an explanation of why this behavior seldom is seen in measurements.

The wind field structure dependence of the IBL-height and the stability has been studied and an expression for the distance to the decrease in wind speed has been found. Also the prediction of a sea breeze circulation is studied as well as the affect a low-level jet has on the wind field near the coast. Measurements from three sites are used, the Baltic Sea near the Island of Gotland, around the strait of Öresund and outside the Atlantic coast near Duck in North Carolina, USA. These measurements are used in simulations with a 2-dimensional meso-γ-scale model as well as a lot of arbitrary simulations. All simulations correspond very well to the expression found and the simulated cases agree well with the measured ones.

In the lowest 100 m of the marine atmosphere over the Baltic Sea, the stratification is probably stable more than half of the year. Thus the behavior of decreased wind speeds a certain distance offshore, after an initial increase, would be a very common phenomenon. It must be of great importance in extracting wind energy, to avoid these areas and layers with decreasing wind speed, which in turn have lower wind energy potential. In an area with often very stable stratification over the sea there can be an energy loss of more than 50 % in the lowest 50 m of the boundary layer.

Abstract [sv]

Sammanfattning av ”Vindfältet i kustnära områden”

Övergången mellan land och hav gör de meteorologiska förhållandena i kustnära områden komplicerade. Vetskap om egenskaperna hos gränsskiktet vid kusten är viktigt av flera orsaker. Några exempel är spridning av luftföroreningar, vindenergipotential samt det faktum att man ska kunna ge rätt vindprognos till dem som av nytta eller nöje befinner sig utanför kusten.

Vindfältet utanför kusten vid frånlandsvind har studerats här. Vid kusten sker en plötslig ändring av ytans egenskaper. När varm luft strömmar ut över kallt hav fås en stabil skiktning som beror på vindhastighet och temperaturdifferensen mellan land och hav. Skrovlighetslängden är större över land än över hav. Det ger vanligtvis en ökning av vindhastigheten över havet då luften strömmar från land till hav. Men vid tillräckligt stabil skiktning över hav samt med instabil skiktning över land fås istället ett vindavtagande. Initialt ökar dock alltid vindhastigheten. Det beror på tillväxten av ett internt gränsskikt. Höjden på detta måste vara tillräcklig för att ett avtagande skall ske. Stabilare skiktning över hav ger längre sträcka till avtagandet i vindhastighet som kan ske mer än 30 km utanför kusten och det kan inte längre kallas för kustnära område. Varför detta beteende sällan upptäcks utreds också.

Vindfältets beroende av interna gränsskiktets höjd samt stabiliteten har studerats och ett uttryck för att beräkna avståndet till avtagandet i vindhastighet har också tagits fram. Även möjligheten att förutspå en sjöbris har studerats liksom den effekt en low-level jet har på vindfältet nära kusten. Mätningar från tre platser används, Östersjön nära Gotland, över Öresund samt vid Atlantkusten nära Duck i North Carolina, USA. Dessa tre fall simuleras i en 2-dimensionell modell liksom en mängd godtyckliga simuleringar av olika fall.

I de lägsta 100 metrarna av det marina gränsskiktet över Östersjön är skiktningen troligen stabil mer än halva året. Beteendet med initialt ökande vindhastighet följt av en dramatiskt avtagande en viss sträcka utanför kusten borde vara ett vanligt fenomen. Vid utvinning av vindenergi måste det vara av stort intresse att undvika dessa områden med lägre vindhastighet, som i sin tur har lägre vindenergipotential. I ett område där det ofta blir stabilt skiktat över havet kan energiförlusten bli på över 50 % i de lägsta 50 metrarna av gränsskiktet.

Place, publisher, year, edition, pages
2001.
Series
Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, ISSN 1650-6553 ; 28
Keyword [en]
coastal meteorology, internal boundary layer, effect of surface properties, wind field, stability effects
National Category
Meteorology and Atmospheric Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-302884OAI: oai:DiVA.org:uu-302884DiVA: diva2:968207
Subject / course
Meteorology
Available from: 2016-09-13 Created: 2016-09-12 Last updated: 2016-09-13Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1162 kB)5 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1162 kBChecksum SHA-512
7d892cd6dbb16876a5c18fcd1e7c2a2e2fc71103f3534f4f26b786c1527b1f811193a9f1b84ce179a2ce6deed10a72b2cc47756f8eafa3b89ad33ccd293f3e2f
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
LUVAL
Meteorology and Atmospheric Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 5 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 21 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link