Maaston meteorologinen rosoisuus
Maasto vaikuttaa merkittävästi paikalliseen tuulisuuteen synnyttämällä kitkaa, joka hidastaa tuulen nopeutta maanpintaa lähestyttäessä. Maaston meteorologinen rosoisuus, eli maaston epätasaisuus, kasvuston ja rakennusten korkeus vaikuttavat olennaisesti tuulen turbulenttisuuteen, hidastumisnopeuteen ja muihin ominaisuuksiin. Maaston meteorologinen rosoisuus merkitään tuuliprofiilien matemaattisissa kuvauksissa yleensä kirjaimilla z0. Rosoisuuden z0 mitta on metri (m). Alla on esitetty tyypillisiä z0:n arvoja erityyppisissä maastoissa:
Kaupunkeja tai jyrkkäseinäisiä rinteitä voidaan pitää hyvin rosoisina samoin kuin korkeiden metsien reuna-alueita. Kohtalaisen sileinä pintoina voidaan puolestaan pitää vesi-, jää- ja lumipeitteitä, lukuun ottamatta korkeita ahtojäävalleja. Tietyn paikan rosoisuus voi myös olla riippuvainen vuodenajasta. Esimerkiksi peltojen rosoisuus muuttuu vuodenajan mukaan, kun kesällä vilja on korkeaa ja talvella maa on tasaisen lumipeitteen peittämää.
Rosoisuuden määrittäminen
Kun käytetään mittausjärjestelmiä, jotka mittaavat myös tuulen vertikaalista nopeutta sekä lämmön vuota, voidaan maaston rosoisuus ”mitata” myös yhdellä korkeudella sijaitsevalla mittarilla.
Vertikaalisesta tuuliprofiilista saadaan kitkanopeudelle yhtälö u* = k (u(z)/ln(z/z0)). Kitkanopeus voidaan laskea turbulenssimittauksista, kun myös vertikaalinopeus mitataan. Kertoimelle k annetaan yleensä arvo 0,4, mikä tosin ei aina vastaa mitatun tuuliprofiilin todellista arvoa. Rosoisuusparametrin z0 arvo voidaan laskea kun sekä u* että k tunnetaan.
On huomattava, että rosoisuusparametrin z0 ja kitkanopeuden u* arvot riippuvat myös tuulen nopeudesta. Vesialueilla aallokon korkeus vaikuttaa rosoisuuden arvoon.
Maaston rosoisuuden arvo z0 voidaan laskea, kun tunnetaan tuulen nopeus eri korkeuksilla esimerkiksi mastoissa tehdyistä tuulimittauksista, tilanteissa joissa tuulen nopeuden vertikaalinen muutos noudattaa ns. logaritmista tuulilakia (eli neutraalin säätilanteen vallitessa rajakeroksessa). Tätä menetelmää on kuvattu oheisessa piirroksessa [1].
On myös erilaisia kokeellisia yhtälöitä rosoisuusparametrin määrittämiseksi maaston ja kasvillisuuden korkeuden perusteella.
Rosoisuuden muutoksen vaikutus tuuleen
Maaston rosoisuuden muuttuminen muuttaa myös tuulen virtausta. Maaston rosoisuuden muutokset on otettava huomioon arvioitaessa paikkakohtaista tuulen nopeuden vertikaalista profiilia sekä tuulen nopeutta korkeudella z rajapinnan eri puolilla.
Sisäisen rajakerroksen ja uuden logaritmisen kerroksen kasvu äkillisen rosoisuuden muutoksen jälkeen.
Rosoisuudet ennen ja jälkeen rajapintaa vaikuttavat merkittävästi uuden rajakerroksen ja sen korkeuden kasvuun. Siirryttäessä mereltä maalle uusi rajakerros kasvaa huomattavan nopeasti, kun taas maalta merelle siirtyvässä virtauksessa uusi rajakerros kasvaa hyvin hitaasti etäisyyden funktiona.
Lähteet:
1. B. Tammelin: Tuulivoimameteorologia, 2006
Paluu lukuun Maaston vaikutus tuuleen
Paluu lukuun Vertikaalinen tuuliprofiili