风扰设计

真实环境中的风由多种分量叠加而成，每个分量都有独立的大小和方向。本工具让你自由组合不同类型的风扰，直观观察矢量叠加效果。

风扰模型

每个分量可独立设置 风速大小 和 风向角度（0°=北，90°=东，气象 Convention）。

分量	模型	关键参数
恒定风	常数 + 慢漂移	风速、风向、变化率
风切变	幂律分布	切变强度、参考高度、风向
周期风	正弦函数	振幅、频率、风向
阵风	高斯脉冲	峰值、持续时间、起始时刻、风向
湍流	Dryden 模型	湍流强度、积分尺度、风向

恒定风

平均风速的直流分量，叠加低频慢漂移模拟天气系统变化：

V(t) = V₀ × (1 + (δ/100) × sin(2π × 0.005 × t))

• V₀：平均风速 (m/s)
• δ：变化率 (%/s)，控制漂移幅度

风切变

风速随高度的变化，近地面遵循幂律分布，同时叠加时间波动模拟真实风场：

V(t) = V_s × ((10 + 5×sin(2π×0.02×t)) / h_ref)^α

• V_s：切变强度
• h_ref：参考高度 (m)
• α = 0.2：幂律指数（典型值）

周期风

由地形、海陆风、建筑尾流等引起的周期性波动：

V(t) = A × sin(2πft)

• A：振幅 (m/s)
• f：频率 (Hz)

阵风

短时间内的风速突增，用高斯脉冲建模：

         ⎧ V_p × exp(-0.5 × ((t - t₀) / σ)²)   |t - t₀| < Δt
V(t) =   ⎨
         ⎩ 0                                      otherwise

• V_p：峰值风速 (m/s)
• t₀：起始时刻 (s)
• Δt：持续时间 (s)
• σ = Δt / 4：高斯标准差

湍流

风速的随机脉动分量，基于 Dryden 模型近似：

1. 生成白噪声：  ξ(t) ~ N(0, σ_t),  σ_t = I × V_avg
2. 移动平均滤波：V(t) = (1/W) × ∫ ξ(τ)dτ,  W = L / (V_avg × dt)

• I：湍流强度 (σ/V_avg)，I 越大脉动越剧烈
• L：积分尺度 (m)，L 越大低频能量越多
• V_avg：平均风速（取恒定风风速，若未开启则默认 5 m/s）

湍流参数说明

湍流强度 I = 0.1 为轻度湍流，I = 0.3 为中度，I > 0.5 为强湍流。积分尺度决定了脉动的"时间尺度"——尺度越大，风速变化越缓慢平滑。

矢量叠加

风是矢量量，叠加时需分解到正交分量再合成：

u = V × sin(θ)    # 东(+)/西(-)
v = V × cos(θ)    # 北(+)/南(-)
V_total = √(u² + v²)

图表展示两组曲线：

• 风速大小：各分量幅值（半透明细线）与叠加后总风速（蓝色粗线）
• 矢量分解：u 分量（东-西，青色实线）和 v 分量（南-北，橙色实线）

水平风假设

本工具仅模拟 水平面内 的风扰分量（u-v 平面）。垂直方向的风（上升气流、下沉气流）建模方式完全相同，只需将 u/v 替换为水平/垂直分量即可。

---

🌬️ 风扰设计 — 叠加多种风扰分量，观察组合风速与矢量风向

风扰分量

恒定风平均风速

风速 (m/s)5.00

020

风向 (°)0.00

0360

变化率 (%/s)0.00

02

风切变随高度变化

周期风正弦振荡

阵风瞬时突变

湍流随机脉动

开启风扰分量后自动生成曲线

调参建议

1. 先单独调试：一次只开启一个分量，理解其独立行为后再叠加
2. 观察矢量图：当两个分量风向不同时，u/v 图能清晰展示它们如何竞争
3. 试试极端参数：将湍流强度拉到 0.8+，配合阵风，观察真实风场的复杂性
4. 对比恒定风：关闭恒定风，只看脉动分量，能更清楚地理解各分量的独立贡献