大气运动的能量来自太阳。由于地球是圆形的，其表面接收的太阳辐射能量随着纬度的不同而存在差异。因此永远存在南北方向的气压梯度，推动大气运动。除了气压梯度力外，大气运动还受到地转偏向力、摩擦力和离心力的影响[21]。

空气相对于地表运动过程中，在接近地球表面的区域，由于地表植被、建筑物等影响会使风速降低。工程上把受地表摩擦阻力影响的大气层称为“大气边界层”。大气边界层内空气的规律十分复杂，目前主要用统计学的方法来描述，在高度方向上的主要特征有以下几方面[2]：文献综述

1）由于气温随高度变化引起的空气上下对流运动；

2）由于地表摩擦阻力引起的空气水平运动速度随高度变化；

3）由于地球自转的地转偏向力随高度变化引起的风向随高度变化。

地面上的风不仅受到气压梯度力与地转偏向力的作用，而且还会受到地形、海洋的影响。比如山坳和海峡不但能改变气流运动的方向，而且还能使风速增大；孤立山峰因为海拔高而使风速增大；摩擦较大的丘陵、山地会使风速减小。

2.2  风力等级及风的尺度

地球表面的大气运动是不断变化的，在不同的时间尺度与空间尺度上也是不同的，因此导致了地球上不同的气候与天气。一般而言，气流运动的空间尺度越大，则持续时间越长，这对风能的研究利用也产生了一定的影响。大气运动的尺度并无明确的分类，一般而言可分为以下四类：小尺度、中尺度、天气尺度、行星尺度[3]。其中小尺度空间范围数米到数千米，时间尺度数秒到数天，主要包括地方性的风及小尺度涡旋等，该尺度的风对风电机组的设计起主要作用。

风的大小通常指风速的大小，风速和风向在时间及空间上的变化是随机的。在研究大气边界层风特性时，通常把风看作是由平均风和脉动风组成的[22]。可用下面的式子来描述