趙石畔煤電一體化項目低空溫度特征分析

田紅衛(wèi)，任 琦，高雪嬌

(榆林市氣象局，陜西榆林 719000)

在對流層大氣中，一般情況下，氣溫隨高度的升高而降低，高度每增加 100 m，氣溫平均下降0.65 ℃，但也經(jīng)常在一定高度出現(xiàn)氣溫不隨高度變化或隨高度的升高反而升高的現(xiàn)象即逆溫[1]。無論等溫層還是逆溫層都表示大氣層結(jié)是穩(wěn)定的。尤其在大氣邊界層中，逆溫層會抑制下層大氣垂直對流運動的發(fā)生發(fā)展，阻礙大氣中熱量和水汽自下而上的垂直交換。許多氣象工作者應(yīng)用常規(guī)探空資料對各地大氣逆溫作了統(tǒng)計分析[2-5]。對于發(fā)電項目而言，自然通風間接空冷系統(tǒng)間冷塔抽力由進出口空氣溫度差提供，大氣逆溫現(xiàn)象會影響空氣的垂直運動，導(dǎo)致冷卻塔排熱受阻，自然通風的抽力減小，進而影響空冷塔冷卻效果[6]。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時有必要研究和考慮項目所在地的大氣逆溫現(xiàn)象。

陜西能源集團有限公司趙石畔煤電一體化項目電廠2×1 000 MW工程由陜西能源集團有限公司、中國電力工程顧問集團投資有限公司、橫山縣國有資產(chǎn)經(jīng)營公司、榆林市國有資本運營管理有限責任公司共同出資建設(shè)，由陜西能源集團有限公司負責本項目建設(shè)運營管理。規(guī)劃容量4×1 000 MW，本期建設(shè)2×1 000 MW超臨界間接空冷燃煤機組，該項目是為榆橫—濰坊特高壓交流1 000 kV輸電線路規(guī)劃配置的陜西省電源點項目。通過對陜能集團趙石畔煤電一體化項目電廠2×1 000 MW工程廠址處進行低空探測，得出項目地320 m以下的逆溫特征，計算結(jié)論供設(shè)計單位參考。

1 低空探測現(xiàn)場環(huán)境

陜能集團趙石畔煤電一體化項目電廠2×1 000 MW工程廠址位于陜西省榆林市所轄橫山縣境內(nèi)。該廠址地處橫山縣趙石畔鎮(zhèn)西北方向直線距離約15.0 km的永忠村，可利用場地東西長約1.2 km，南北寬約0.85 km。低空探測場位于廠址內(nèi)，海拔高度1 193 m，四周空曠，無障礙物，符合規(guī)范對觀測場的要求，能準確反應(yīng)出廠址所在地上空的氣象要素的變化。

2 低空探測技術(shù)方法

低空溫度場探測使用系留氣球低空觀測系統(tǒng)，由地面和高空兩部分儀器組成。地面儀器包括筆記本電腦、調(diào)制解調(diào)器、接收機、探空儀電池充電器和絞車。高空儀器包括探空儀和運載探空儀的氣艇。系留繩將高空儀器與地面儀器連接在一起。

探測時段為2015年6月1日—7月8日，共計38 d，其中有效觀測采樣253次。每日施放探空氣艇10次，探測時次分別為北京時間07、09、11、14、15、16、17、18、19、20時。探測高度從地面起至320 m連續(xù)觀測溫度的垂直變化。對各時次觀測的地面至320 m的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制和審核，剔除不合理數(shù)據(jù)，再經(jīng)線性插值，獲得距地10、50、100、150、200、250、300、320 m的氣溫。

3 逆溫計算方法

根據(jù)逆溫層的位置，可以分為接地逆溫和低空逆溫。接地逆溫是從地面開始的逆溫；低空逆溫是指從離開地面一定高度開始的逆溫，可以有一層或多層。表征逆溫特征的要素有逆溫層底高、頂高、厚度和逆溫強度。逆溫層厚度是指逆溫層的底部到頂部之間的距離，接地逆溫的厚度是地面到逆溫層頂部的距離。逆溫強度是逆溫層內(nèi)溫度垂直遞增率。逆溫層厚度ΔH=H2-H1，其中H1為逆溫層的底高，H2為逆溫層的頂高，單位為m。逆溫強度即逆溫層內(nèi)每升高100 m氣溫的增加值，用I表示，I=ΔT/ΔH×100= (T2-T1)/(H2-H1)×100，其中T1為逆溫層底部氣溫，T2為逆溫層頂部氣溫，單位為℃/hm。

4 逆溫特征分析

4.1 逆溫的日變化特征

計算各時次不同高度上的平均溫度，繪制各時次平均溫度廓線(圖1，圖見第26頁)。由圖1可見，07時接地逆溫位于 10～50 m。07、15、17、18時分別在300～320 m、200～250 m、300～320 m、200～250 m存在低空逆溫。從平均氣溫垂直變化來看，雖然逆溫強度小，但等溫層也普遍存在，對自然對流通風散熱有一定影響。

接地逆溫在日落前后由地面開始形成，夜間隨著輻射冷卻的加強，逆溫層逐漸加厚，黎明前達到最大厚度，日出后從地面開始逐步消散。低空逆溫在各時次都可出現(xiàn)，07時厚度最大，接地逆溫07時從近地面開始逐漸消失，轉(zhuǎn)化為低空逆溫。午后的低空逆溫與湍流有關(guān)。

4.2 接地逆溫和低空逆溫的時間分布特征

按時次統(tǒng)計觀測期間所出現(xiàn)的接地逆溫和低空逆溫的時間分布特征，結(jié)果見表1和表2。由表1可以得出，接地逆溫出現(xiàn)在07—09時和20時，出現(xiàn)頻率為 6.5%～25%，平均強度 0.8～2.0 ℃/hm，平均頂高 50～133.3 m，最大強度為 3.8 ℃/hm，最大頂高為200 m。接地逆溫20時出現(xiàn)頻率最高，但高度低，強度小；07時高度最高；09時高度低，但強度大。這是由于接地逆溫自日落后生成，日出后逐漸消散。由表2可知，低空逆溫在各時次都可出現(xiàn)，出現(xiàn)頻率為 12.5%～51.4%(白天出現(xiàn)頻率高)，平均強度 0.5～1.1 ℃/hm，平均厚度為 34.4～97.8 m，平均底高為 177.8～283.3 m，最大強度 2.5 ℃/hm，最大厚度 220 m。07時低空逆溫頻率最高，底部低，但厚度大，逆溫層厚；15時底部最高，厚度小，逆溫層薄，但平均強度大。相比較，接地逆溫平均強度較低空逆溫大，白天低空逆溫出現(xiàn)頻率高，夜間(以20時為代表)接地逆溫出現(xiàn)頻率高。

表1 觀測點各時次接地逆溫特征

注：11時和14—19時，未出現(xiàn)接地逆溫。

表2 觀測點各時次低空逆溫特征

4.3 接地逆溫和低空逆溫的空間分布特征

按逆溫頂高統(tǒng)計觀測期間出現(xiàn)的接地逆溫和低空逆溫的空間分布特征，結(jié)果見表3和表4。由表3可知，接地逆溫頂高全部在 200 m以下，平均強度 1.0～1.3 ℃/hm，最大強度 1.8～3.8 ℃/hm。頂部越低，出現(xiàn)頻率越高，平均強度越小。由表4可知，低空逆溫各層次均可出現(xiàn)，逆溫頂高越高，出現(xiàn)頻率越高。頂高 300 m以上的出現(xiàn)頻率最高；平均強度和最大強度也最大，分別為0.8 ℃/hm、1.8 ℃/hm；而平均厚度小，只有49.2 m。逆溫頂高在200～300 m的低空逆溫層最厚,平均厚度76.8 m。

表3 觀測點接地逆溫空間變化特征

注：未出現(xiàn)頂高在200 m以上的接地逆溫。

表4 觀測點低空逆溫空間變化特征

5 結(jié)論

(1)陜能集團趙石畔煤電一體化項目電廠廠址處可同時觀測到接地逆溫和低空逆溫，在進行空冷塔設(shè)計時有必要考慮大氣逆溫現(xiàn)象和普遍存在的等溫現(xiàn)象造成的影響。

(2)接地逆溫平均強度較低空逆溫大，但白天低空逆溫出現(xiàn)頻率高，夜間接地逆溫出現(xiàn)頻率高。接地逆溫出現(xiàn)在07—09時和20時。20時出現(xiàn)頻率最高為25%，07時頂高最高可達200 m，09時強度最大可達3.8 ℃/hm。低空逆溫在各個時次均可出現(xiàn)。07時低空逆溫出現(xiàn)頻率最高為51.4%，底部低，但厚度可達220 m；15時底部最高，厚度?。蛔畲髲姸冗_2.5 ℃/hm。

(3)接地逆溫頂高全部在 200 m以下，頂部越低，出現(xiàn)頻率越高，平均強度越小。低空逆溫各層次均可出現(xiàn)。頂高 300 m以上的出現(xiàn)頻率最高，平均強度和最大強度也最大；頂高在200～300 m 的低空逆溫層最厚,平均厚度76.8 m。