Original paper

Vertical variation of frequency distributions of wind speed in and above the surface layer observed by sodar

Emeis, Stefan

Meteorologische Zeitschrift Vol. 10 No. 2 (2001), p. 141 - 149

published: Apr 25, 2001

DOI: 10.1127/0941-2948/2001/0010-0141

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Abstract

10 min-averaged wind speed data have been measured with a mini-sodar for 13 months subsequently at different sites in level terrain and on hill tops in Germany in the last three years. The data presented here is from a height range between 25 and 140 m above ground, the vertical resolution is 5 to 10 m. From the data monthly mean diurnal courses of wind speed and of directional shear have been computed as well as monthly mean vertical profiles of the scale factor and the shape parameter of the WEIBULL wind speed frequency distribution. These profiles extend beyond the top of the surface layer into the EKMAN layer. Therefore the profiles have to be described by EKMAN layer laws instead of by surface layer laws if they have to be extrapolated upward. Typical features of the profiles characterizing level terrain and hill top sites have been analyzed. Most prominent feature is the maximum of the shape parameter at the top of the surface layer. Implications for the siting of wind turbines are discussed.

Kurzfassung

10 Minutenmittelwerte von Windgeschwindigkeit und -richtung wurden mit einem Minisodar über 13 Monate hinweg nacheinander an verschiedenen Standorten in Deutschland in nahezu ebenem Gelände und auf Hügelkuppen in den letzten drei Jahren gemessen. Der erfasste Höhenbereich liegt zwischen 25 und 140 Meter über Grund, die vertikale Auflösung beträgt dabei 5 bis 10 Meter. Aus den Daten wurden monatlich gemittelte Tagesgänge von Windgeschwindigkeit und Winddrehung mit der Höhe berechnet genauso wie monatlich gemittelte Vertikalprofile des Skalenfaktors und des Formparameters der WEIBULL Windgeschwindigkeitshäufigkeitsverteilung. Diese Profile reichen über die PRANDTL-Schicht hinaus in die EKMAN-Schicht hinein. Daher müssen die Profile mit den Gesetzen der EKMAN-Schicht und nicht mit denen der PRANDTL-Schicht approximiert werden, wenn man sie nach oben extrapolieren möchte. Die Analyse erbrachte typische, sich unterscheidende Profile für Flachland- und für Mittelgebirgsstandorte. Auffallendstes Merkmal der Profile des Formparameters ist das Maximum, das am Oberrand der PRANDTL-Schicht auftritt. Die Auswirkungen der gefundenen Vertikalprofile auf die Standortwahl und -suche für Windkraftanlagen wird diskutiert.