《Journal of Marine Science and Engineering》：Characteristics of Offshore Positive Wind Shear Coefficients Under Different Atmospheric Stability Conditions: A Case Study of the Zhuanghe Offshore Area, China
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风切变系数（WSCs）是风资源评估、风力机设计和海上风电场运行的基础参数。本研究聚焦于正风切变系数（WSCs）；下文中的WSC专指由正切变廓线导出的正值风切变系数。然而，庄河近海正WSCs的特征尚未得到系统研究。本研究分析了两年（2015–2017）的现场观测
风切变系数（WSCs）是风资源评估、风力机设计和海上风电场运行的基础参数。本研究聚焦于正风切变系数（WSCs）；下文中的WSC专指由正切变廓线导出的正值风切变系数。然而，庄河近海正WSCs的特征尚未得到系统研究。本研究分析了两年（2015–2017）的现场观测数据，以刻画不同大气稳定度条件下正WSCs的时间变率。结果表明，研究区域大气边界层的大气稳定度表现出显著的季节和日变化，其中稳定和不稳定条件呈现明显的年循环。风速增加促进中性条件，因为机械生成的湍流相对于浮力效应变得占主导。WSC范围为0.01至0.32，并表现出显著的季节和月变化。在中性和不稳定大气条件下，不同测量高度之间的WSC日变化较为一致，而稳定条件在一年中大部分时间内导致WSC出现明显的垂直差异。这些发现增进了我们对不同大气稳定度状态下海上风切变特征的理解。此外，它们为庄河地区的海上风资源评估、风廓线建模以及风电场整体设计和运行提供了有价值的指导。
风切变系数（Wind Shear Coefficient, WSC）是风资源评估、风力机设计及海上风电场运行的基础参数。已有研究多关注开阔海域或不同气候背景的沿海区域，而北黄海庄河近海的正WSC特征及其与大气稳定度的关系尚未得到系统刻画。该区域受东亚季风、海气温差季节变化和海洋热惯性影响，大气稳定度演变复杂，可能显著影响垂直风廓线。为此，研究人员依托庄河近海一座距岸约12 km的测风塔（39.5933° N, 123.3200° E），利用2015年11月至2017年11月连续两年的20、50、80、100 m四层风速、风向和气温观测资料，重点研究了不同大气稳定度条件下正WSC的时间变化特征。研究结果可为当地海上风资源评估、风廓线外推和风电场设计运行提供参考。该论文发表在《Journal of Marine Science and Engineering》。
在方法上，研究人员对10 min平均观测数据进行了范围检查、垂直温度一致性检查、风向一致性和风速一致性检查，最终保留约94.58%的有效记录，并仅保留垂直风速梯度为正的样本用于正WSC计算。采用Hellmann幂律模型计算WSC，并与中性条件下的对数风廓线模型进行对比，两者相关系数达0.929，均方根误差0.020，平均绝对偏差0.014，验证了幂律模型的可靠性。大气稳定度采用总体理查逊数（Bulk Richardson Number，R
i）分类，其中海表面温度（Sea Surface Temperature, SST）取自OSTIA产品，并进行了±0.5 ℃的敏感性试验，结果表明SST不确定性对稳定度分类影响有限。
结果方面：
4.1 大气稳定度的月变化：通过逐月统计四个观测高度上稳定、中性、不稳定三类条件的出现频率，发现该海域大气稳定度具有明显的季节循环。5—7月稳定条件占优，1、2、11、12月不稳定条件占优，过渡月份三类并存。这种演变与海气温差密切相关：冬季海面相对温暖，促进不稳定；春末至夏季空气较暖，抑制湍流，稳定条件增加。
4.2 大气稳定度的日变化：在3月、4月、8月、9月这四个过渡月份中，3月和9月表现出明显的日变化，其中9月出现白天不稳定、夜间稳定的昼夜反转；4月和8月日变化较弱，稳定条件持续占优，这可能与过渡期海气热力耦合及混合增强有关。
4.3 大气稳定度与风速的关系：按2 m/s风速分档统计稳定度频率，发现低风速（<4.5 m/s）时稳定与不稳定条件频繁出现；随着风速增大，机械湍流增强，中性条件比例增加；当风速超过18.5 m/s时，观测全部为中性条件，表明强风下浮力作用被机械混合抑制。
4.4 大气稳定度与风向的关系：按季节和16个风向扇区统计稳定度分布，发现冬季北风主导时不稳定条件占绝对优势；夏季东南至南风对应稳定条件占优。总体上北风对应不稳定，南风对应稳定，反映了东亚季风环流与海气温差对海洋大气边界层的共同影响。
4.5 不同大气稳定度条件下正风切变系数的日变化：利用20—50 m、20—80 m、20—100 m三个高度间隔计算WSC，并分稳定度状态分析日变化。结果显示，正WSC总体范围为0.01—0.32。不稳定和中性条件下，三个高度间隔的WSC日变化曲线彼此接近，表明WSC对高度的依赖性较弱；稳定条件下，除3月和4月外，WSC随高度间隔增大而增加，表现为 > >，且日变化幅度更大。3月WSC最高，最大超过0.32，8—9月最低。
讨论部分指出，庄河近海正WSC的范围与全球其他近海区域报道的0.05—0.30大致相当，但北黄海因东亚季风和海气温差的强季节调节，WSC的季节变化更明显。在稳定条件下，垂直湍流交换受到抑制，WSC的垂直差异和时间变率均增大；若采用恒定WSC进行风资源评估，可能引入明显不确定性。
研究结论可归纳为：（1）观测期间研究区域大气边界层以稳定和不稳定条件为主，稳定条件在5—7月占优，不稳定条件在1、2、11、12月占优，其季节演变与东亚季风和海气温差密切相关。（2）过渡月份3月和9月的大气稳定度日变化显著，而4月和8月日变化较弱。（
