Orografija je pojam koji označava vertikalnu razvedenost terena koja se u topografskim kartama prikazuje slojnicama (izohipsama). Oblik terena značajno utječe na strujanje zraka u prizemnom sloju atmosfere.
Vrlo zanimljiv i važan eksperiment proveden je na brdu Askervein Hill u Škotskoj u kojem je analiziran utjecaj i izmjerena relativna promjena brzine vjetra i oblika vertikalnog profila vjetra uslijed utjecaja orografije slika 4.1. Orografska prepreka visoka je oko 110 m i široka oko 1000 m. Oznake na slici simboliziraju mjerne stupove čiji je međusobni razmak 100 m.
Slika 4.1 Perspektivni 3D prikaz brda Askervein Hill. Vertikalni stupići prikazuju položaje mjernih jarbola (preuzeto iz lit.[1]).
Rezultati mjerenja brzine vjetra u smjeru okomito na hrbat (paralelno sa smjerom pružanja mjernih postaja) prikazani su na slici 4.2. Točke predstavljaju izmjerene vrijednosti, kvadratići i linije rezultat primjene različitih modela za proračun strujanja. Na ordinati je relativna promjena brzine vjetra Du , Du = (u2 – u1)/u1 , gdje su u1 i u2 neporemećena brzina vjetra prije i vrijednost brzine na vrhu Askervein Hilla, obje na istoj visini iznad tla. Iz slike se vidi da je maksimalno izmjereno ubrzanje vjetra u odnosu na neporemećenu struju oko 60%, dok je usporenje vjetra u podnožju brda s privjetrinske i zavjetrinske strane 20 – 40%. U odnosu na prikazani slučaj usamljene prepreke, u praksi se češće nalaze slučajevi višestrukih i kombiniranih orografskih prepreka te se u tom slučaju utjecaji superponiraju.
Slika 4.2 Izmjereno relativno ubrzanje vjetra preko Askervein Hilla, lit.[1].
Prikazani efekti strujanja kod blago oblikovanog terena, što znači da strmina obronka nije prevelika, daju se relativno jednostavno analitički opisati. Međutim, u orografski složenim prilikama u kojima je strmina obronka veća od oko 20° (ili oko 0,3 rad) dolazi do pojava koje utječu na strujanje, a ne daju se više jednostavno opisati. To su pojave loma (separacije) strujanja, pojačani intenzitet turbulencija, vrtložnost i oscilacije atmosfere. Separacija strujanja vrlo je važna pojava koja ograničava primjenu i modela za proračun atmosferskog strujanja. Ako je orografija takva da dolazi do separacije strujanja, tada lokalno inducirani gradijent tlaka u prizemnom sloju zavjetrinske strane brda, negativan općem (vanjskom) gradijentu koji pokreće glavnu struju, usporava vjetar jače nego što ga ubrzava difuzija viših slojeva zraka prema zemljinoj površini te može doći do negativnih brzina vjetra, odnosno do strujanja u suprotnom smjeru. Za strujanje s malim Reynoldsovim brojem formira se recirkulacijski mjehur zraka, dok glavna struja prolazi iznad njega. Kod turbulentne cirkulacije trenutna brzina vjetra može zauzeti bilo koji smjer te matematički opis postaje izuzetno kompleksan.
Zbog opisanog utjecaja orografije na atmosfersko strujanje i velike prostorne promjenjivosti vjetra koju izaziva, kod praktične primjene u području korištenja energije vjetra, neophodno je provesti detaljan postupak prostornog mikrolociranja vjetroelektrane. Za to se danas koriste računalni modeli koji u sebi sadrže fizikalni opis strujanja u atmosferi te omogućavaju prostornu analizu utjecaja orografije na brzinu i smjer vjetra.
Naslovna
