ウィンドシア

ウィンドシア（Wind Shear）とは地上からの高さによる風速の変化のことをいい、ウィンドプロファイル（Wind Profile）とはその分布形状のことをいいます。

ウィンドプロファイルは、一般に対数則（Log law）、または、べき乗則（Power law）で表します。対数則は地表面粗度長（surface roughness length）と関連付けられます。

対数則：

べき乗則：

平均ウィンドシアを算出する方法は、大きく分けて2つあります。

一つ目は、各高度の平均風速から算出する方法、二つ目は、すべての時刻におけるシアを算出し、その時系列の平均値または中央値から求める方法となります。時系列で算出する場合、平均値よりも中央値の方が外れ値の影響が小さくなると言えます。また、2つ以上の値を用いて、カーブフィット（最小二乗法など）により算出をします。

また、IEC61400-1:2019では、サイトのウィンドシア（11.3.3 観測設定）に関して、

• センサー間の垂直方向の離隔距離は、ロータ径の少なくとも1/3の離隔距離とする。
• 安定成層の頻度が多い地域、複雑な地形、粗度の変化が激しい地域では、ウィンドシアの値が大きく変動することが報告されているため、このような時は、平均風速を用いるだけでは十分でない可能性がある。

と記載されています。また、疲労荷重適合性評価において、

• Ed3: 方位別の平均ウィンドシアのべき指数αは、0から0.2の範囲である。
• Ed4: 発電中のすべての風向及び風速のエネルギー加重平均で、サイトのウィンドシアのべき指数αは、0.05から0.25の範囲である

としています。

関連トピック

• 大気境界層（Atmospheric boundary layer: ABL）
• 接地層（Surface layer: SL）
• 摩擦速度（friction velocity）
• カルマン定数（Karman constant）
• 地衡風（geostrophic wind）
• 傾圧効果（baroclinic effect）
• ゼロ面変位（zero-plane displacement height）
• 地表面粗度（surface roughness）
• 大気安定度（atmospheric stability）
• モニン・オブコフ(Monin-Obukhov)の相似則（MOST）
• 低レベルジェット（Low Level Jet: LLJ）
• 内部境界層（Internal boundary layer: IBL）
• 海面粗度（sea surface roughness）
• Charnockの関係式（Charnock’s relation）

参考
DTU Coursera online course in wind energy: Wind Profiles