趙石畔煤電一體化項(xiàng)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(duì)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(wú)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(huì)抑制下層大氣垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)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(duì)各地大氣逆溫作了統(tǒng)計(jì)分析[2-5]。對(duì)于發(fā)電項(xiàng)目而言，自然通風(fēng)間接空冷系統(tǒng)間冷塔抽力由進(jìn)出口空氣溫度差提供，大氣逆溫現(xiàn)象會(huì)影響空氣的垂直運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致冷卻塔排熱受阻，自然通風(fēng)的抽力減小，進(jìn)而影響空冷塔冷卻效果[6]。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有必要研究和考慮項(xiàng)目所在地的大氣逆溫現(xiàn)象。

陜西能源集團(tuán)有限公司趙石畔煤電一體化項(xiàng)目電廠(chǎng)2×1 000 MW工程由陜西能源集團(tuán)有限公司、中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)投資有限公司、橫山縣國(guó)有資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司、榆林市國(guó)有資本運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司共同出資建設(shè)，由陜西能源集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)本項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營(yíng)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(jī)組，該項(xiàng)目是為榆橫—濰坊特高壓交流1 000 kV輸電線(xiàn)路規(guī)劃配置的陜西省電源點(diǎn)項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)陜能集團(tuán)趙石畔煤電一體化項(xiàng)目電廠(chǎng)2×1 000 MW工程廠(chǎng)址處進(jìn)行低空探測(cè)，得出項(xiàng)目地320 m以下的逆溫特征，計(jì)算結(jié)論供設(shè)計(jì)單位參考。

1 低空探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

陜能集團(tuán)趙石畔煤電一體化項(xiàng)目電廠(chǎng)2×1 000 MW工程廠(chǎng)址位于陜西省榆林市所轄橫山縣境內(nèi)。該廠(chǎng)址地處橫山縣趙石畔鎮(zhèn)西北方向直線(xiàn)距離約15.0 km的永忠村，可利用場(chǎng)地東西長(zhǎng)約1.2 km，南北寬約0.85 km。低空探測(cè)場(chǎng)位于廠(chǎng)址內(nèi)，海拔高度1 193 m，四周空曠，無(wú)障礙物，符合規(guī)范對(duì)觀(guān)測(cè)場(chǎng)的要求，能準(zhǔn)確反應(yīng)出廠(chǎng)址所在地上空的氣象要素的變化。

2 低空探測(cè)技術(shù)方法

低空溫度場(chǎng)探測(cè)使用系留氣球低空觀(guān)測(cè)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(jī)、探空儀電池充電器和絞車(chē)。高空儀器包括探空儀和運(yùn)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(cè)時(shí)段為2015年6月1日—7月8日，共計(jì)38 d，其中有效觀(guān)測(cè)采樣253次。每日施放探空氣艇10次，探測(cè)時(shí)次分別為北京時(shí)間07、09、11、14、15、16、17、18、19、20時(shí)。探測(cè)高度從地面起至320 m連續(xù)觀(guān)測(cè)溫度的垂直變化。對(duì)各時(shí)次觀(guān)測(cè)的地面至320 m的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制和審核，剔除不合理數(shù)據(jù)，再經(jīng)線(xiàn)性插值，獲得距地10、50、100、150、200、250、300、320 m的氣溫。

3 逆溫計(jì)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(kāi)始的逆溫；低空逆溫是指從離開(kāi)地面一定高度開(kāi)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jì)算各時(shí)次不同高度上的平均溫度，繪制各時(shí)次平均溫度廓線(xiàn)(圖1，圖見(jiàn)第26頁(yè))。由圖1可見(jiàn)，07時(shí)接地逆溫位于 10～50 m。07、15、17、18時(shí)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(lái)看，雖然逆溫強(qiáng)度小，但等溫層也普遍存在，對(duì)自然對(duì)流通風(fēng)散熱有一定影響。

接地逆溫在日落前后由地面開(kāi)始形成，夜間隨著輻射冷卻的加強(qiáng)，逆溫層逐漸加厚，黎明前達(dá)到最大厚度，日出后從地面開(kāi)始逐步消散。低空逆溫在各時(shí)次都可出現(xiàn)，07時(shí)厚度最大，接地逆溫07時(shí)從近地面開(kāi)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(shí)間分布特征

按時(shí)次統(tǒng)計(jì)觀(guān)測(cè)期間所出現(xiàn)的接地逆溫和低空逆溫的時(shí)間分布特征，結(jié)果見(jiàn)表1和表2。由表1可以得出，接地逆溫出現(xiàn)在07—09時(shí)和20時(shí)，出現(xiàn)頻率為 6.5%～25%，平均強(qiáng)度 0.8～2.0 ℃/hm，平均頂高 50～133.3 m，最大強(qiáng)度為 3.8 ℃/hm，最大頂高為200 m。接地逆溫20時(shí)出現(xiàn)頻率最高，但高度低，強(qiáng)度?。?7時(shí)高度最高；09時(shí)高度低，但強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)度 2.5 ℃/hm，最大厚度 220 m。07時(shí)低空逆溫頻率最高，底部低，但厚度大，逆溫層厚；15時(shí)底部最高，厚度小，逆溫層薄，但平均強(qiáng)度大。相比較，接地逆溫平均強(qiáng)度較低空逆溫大，白天低空逆溫出現(xiàn)頻率高，夜間(以20時(shí)為代表)接地逆溫出現(xiàn)頻率高。

表1 觀(guān)測(cè)點(diǎn)各時(shí)次接地逆溫特征

注：11時(shí)和14—19時(shí)，未出現(xiàn)接地逆溫。

表2 觀(guān)測(cè)點(diǎn)各時(shí)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(jì)觀(guān)測(cè)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(jiàn)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(qiáng)度 1.0～1.3 ℃/hm，最大強(qiáng)度 1.8～3.8 ℃/hm。頂部越低，出現(xiàn)頻率越高，平均強(qiáng)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(qiáng)度和最大強(qiáng)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(guān)測(cè)點(diǎn)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(guān)測(cè)點(diǎn)低空逆溫空間變化特征

5 結(jié)論

(1)陜能集團(tuán)趙石畔煤電一體化項(xiàng)目電廠(chǎng)廠(chǎng)址處可同時(shí)觀(guān)測(cè)到接地逆溫和低空逆溫，在進(jìn)行空冷塔設(shè)計(jì)時(shí)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(qiáng)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(shí)和20時(shí)。20時(shí)出現(xiàn)頻率最高為25%，07時(shí)頂高最高可達(dá)200 m，09時(shí)強(qiáng)度最大可達(dá)3.8 ℃/hm。低空逆溫在各個(gè)時(shí)次均可出現(xiàn)。07時(shí)低空逆溫出現(xiàn)頻率最高為51.4%，底部低，但厚度可達(dá)220 m；15時(shí)底部最高，厚度小；最大強(qiáng)度達(dá)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(qiáng)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(qiáng)度和最大強(qiáng)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。