高度別風速計算ツール

計算を入力してください

既知の風速（m/s）

基準の高さ h₁（m）

目的の高さ h₂（m）

風のせん断指数 α

αの目安：0.10（水面・氷上）、0.143（開けた地形）、0.20（郊外）、0.27以上（森林・市街地）。

結果

目的の高さでの風速

6.29

m/s

高さの比（h₂/h₁）	5
基準値からの変化率	25.88%

高度別風速計算ツールとは？

このツールは、地表からの高さによって風速がどのように変化するかを風のせん断べき法則（パワー則）を用いて推定します。風は地面や障害物との摩擦の影響で地表付近では遅くなり、高度が上がるにつれて速くなります。技術者、風力発電の計画担当者、気象の専門家などは、この関係を使って、ある高さ（たとえば高さ10mの気象観測マスト）で測定した風速を、目的の高さ（たとえば50m以上の風車ハブ高度）へ換算します。

低い位置で測定した風速をタービンのハブ高さまで換算する。

使い方

まず、既知の風速と、それを測定した高さ（\(h_1\)）を入力します。次に、風速を知りたい目的の高さ（\(h_2\)）と、その地形に応じた風のせん断指数\(\alpha\)を入力してください。計算ツールは、換算後の風速、高さの比、そして基準風速に対する変化率（％）を表示します。

計算式の解説

べき法則は次の式で表されます。

$$v_2 = v_1 \left( \frac{h_2}{h_1} \right)^{\alpha}$$

指数\(\alpha\)（ヘルマン指数、または風のせん断指数）は地表面の粗さを反映するもので、開水面や氷上では約0.10、開けた地形では0.143（よく使われる「1/7乗則」）、郊外では0.20、森林や密集した市街地では0.27以上が目安です。風速の変化率は \(\left( \frac{h_2}{h_1} \right)^{\alpha} - 1\) で求められ、\(v_1\)の値には依存しません。

べき乗則：せん断指数\(\alpha\)に従って曲線が曲がり、風速は高さとともに増加する。

計算例

開けた地形（\(\alpha = 0.143\)）で、高さ10mにおける風速が5m/sと測定されたとし、高さ50mでの風速を求めてみましょう。比は \(50/10 = 5\) となり、\(5^{0.143} \approx 1.2588\) なので、$$v_2 \approx 5 \times 1.2588 = 6.29 \text{ m/s}$$ になります。これは基準の高さよりも約25.88％速い値です。

よくある質問

これは正確な値ですか？ いいえ。べき法則は経験的な近似式であり、実際の風速分布は大気の安定度、時間帯、地形などによって変動します。

どの\(\alpha\)を使えばよいですか？ 中立条件の開けた地形では0.143を初期値として使い、地表面が粗くなるほど大きい値にします。2つの高さで測定したデータがあれば、その地点に固有の\(\alpha\)を算出できます。

下向きの外挿にも使えますか？ 使えます。\(h_2\)を\(h_1\)より低く設定すれば、結果はより小さい風速になります。