基于强台风“黑格比”的台风工程模型场参数在中国南部沿海适用性研究EI北大核心CSCD

针对台风风场解析模型中两个关键参数,即最大风速半径Rmax和径向气压分布系数β,进行了既有多种实测统计函数关系的比较。以强台风＂黑格比＂（Hagupit 0814）为例,结合其路径观测信息和逐时中心气压数据,对比了台风发展、加强、消散过程中不同计算方法获得的风场参数取值变化特征,总结了不同观测地域拟合的风场参数统计关系所反映的台风风场特征差异性。选取两处台风＂黑格比＂中心对穿观测站点的实测数据,结合基于实测风场参数优化的台风风场解析模型,采用多种Rmax和β实测组合关系,再现了台风黑格比风速过程随时间演变规律,并与实测结果进行综合比对,推荐了适用于我国南部沿海台风风场数值模拟的Rmax和β组合关系。     

基于实测数据的台风边界层风速剖面特征研究

目前规范中对台风影响区建筑物的抗风设计采用类比非气旋风场的方式来进行,然而大量实测结果表明台风剖面与非气旋风场风剖面存在较大差异,风剖面的影响因素和变化规律目前仍不明确。为清晰地了解台风的剖面特征及其规律,基于多个台风的实测剖面数据,以下垫面类型、台风结构分区和风速大小三类控制指标对数据进行分类,对各个类别的风剖面数据进行对比分析。研究表明：台风剖面中的近地急流层与下垫面类型、台风结构分区和风速均有关,即A、B类场地、较大风速和台风后眼壁区更易出现近地急流层;台风风剖面的梯度风高度与下垫面类型和平均风速存在着一定关系,A、B类场地的梯度风高度由台风中心向外呈增大趋势,C类场地下的梯度风高度从台风中心向外呈先减小后增大趋势。     

开阔地貌台风风场现场实测与风洞试验应用研究

基于100m高测风塔上风速仪的现场实测数据,获得了开阔地貌台风风场的平均风速剖面与湍流度剖面模型。在大气边界层风洞中准确模拟了台风风场和《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)规定的B类风场,并通过一个大跨刚性模型测压试验,详细分析与对比了两类风场条件下大跨屋面风荷载分布规律特征。研究结果表明:在开阔场地条件下,台风近地边界层平均风速沿高度分布符合对数律,亦满足指数律,风剖面幂指数介于规范规定的A类风场与B类风场之间,平均湍流度比B类风场规定值大1倍;台风风场作用下,开阔地貌大跨结构屋面风荷载受湍流度的影响远高于受平均风速剖面的影响,体型系数随湍流度的增大而增大,屋面风荷载亦随之增大。     

我国东南沿海台风极值风速预测与区划图构建

中国沿海是全球受台风灾害最严重的区域之一,获取台风极值风速对指导沿海土木工程结构抗风设计、防灾减灾和风险评估至关重要,中国现有抗风设计体系未单独设定台风极值风荷载。文章提出基于地理加权回归的台风模拟方法,主要包括台风路径、强度和风场参数递推模型,基于日本气象局1951～2015年历史台风最佳路径数据,开了西北太平洋地区台风局部路径和全路径随机模拟,结合台风边界层三维风场模型,预测不同工程场地的极值风速,率先完整创建我国沿海区域台风极值风速区划图并讨论台风风灾空间分布特点;面向不同建筑结构设计需求,形成台风风灾曲线和极值风速剖面数据库,为沿海建筑结构抗台风设计提供极值风荷载输入条件,推进我国结构抗风理论体系从传统良态风向台风的跨越。     

基于强台风“黑格比”的台风工程模型场参数在中国南部沿海适用性研究

针对台风风场解析模型中两个关键参数,即最大风速半径Rmax和径向气压分布系数β,进行了既有多种实测统计函数关系的比较。以强台风"黑格比"(Hagupit 0814)为例,结合其路径观测信息和逐时中心气压数据,对比了台风发展、加强、消散过程中不同计算方法获得的风场参数取值变化特征,总结了不同观测地域拟合的风场参数统计关系所反映的台风风场特征差异性。选取两处台风"黑格比"中心对穿观测站点的实测数据,结合基于实测风场参数优化的台风风场解析模型,采用多种Rmax和β实测组合关系,再现了台风黑格比风速过程随时间演变规律,并与实测结果进行综合比对,推荐了适用于我国南部沿海台风风场数值模拟的Rmax和β组合关系。     

近地边界层台风观测及湍流特征参数分析

通过近海岸测风塔获取了台风达维(0518)、珍珠(0601)、派比安(0606)登陆过程中10m高度三维脉动风速数据,对近地10m高度平均风特性和湍流特性进行了分析和研究。基于台风观测结果,分析了不同来流方向和地貌状况下,风剖面指数值、摩擦速度、湍流度和阵风因子等湍流参数及其相关性。分析结果表明: 摩擦速度与平均风速呈正相关,摩擦速度随平均风速增大而增大;风剖面指数值随平均风速增大而减小;各方向湍流度随平均风速增大而减小;阵风因子与湍流度呈线性关系。通过拟合实测湍流参数相关性,提出了10m标准高度台风湍流度、阵风因子的计算式,可为台风多发区域低矮房屋的抗风设计提供参考.     

台风边缘/中心区域经历平坦地貌时平均风剖面特性

利用浙江沿海东海塘观测塔(120m高),实测得到3次强台风（海棠Haitang 0505、麦莎Matsa 0509和卡努 Khanun0515）登陆时段距地面5个不同高度处平均风速记录资料。统计表明平均风剖面幂指数登陆前变化均非常 剧烈,登陆后则趋于平稳;实测场地（近A类场地条件）多数情况台风的风剖面幂指数均大于规范规定值0.12, 仅在台风中心经过观测塔较短时间内取值小于规范建议值;当观测塔始终位于台风影响外围区时,平均风剖面幂 指数随着台风中心与观测塔距离的增大而缓慢减小;当观测塔穿过台风中心时,平均风剖面幂指数随着台风中心 与观测塔距离的增大而增大,同时,台风登陆后,观测塔所在地的平均风速逐渐减小,而平均风剖面幂指数却逐 渐增大。     

近地面与超高空台风风场不同时距湍流特性对比分析

基于台风“海鸥”、“凤凰”、“蔷薇”和“莫拉克”的近地面风场和台风“凡亚比”、“鲇鱼”和“狮子山”的超高空风场实测资料,进行了近地面和超高空台风风场不同平均时距(3 s、1 min、10 min和60 min)台风湍流特性的对比分析,研究了边界层台风风场的湍流特性及其与平均时距的关系。研究表明：台风风场的平均风速、风向角随平均时距的增加逐渐趋于平稳;1 min和3 s平均时距风参数能较好地反映平均风速、风向角、湍流度和阵风因子尤其是风速较大时的脉动性和变化规律;近地面与超高空台风风场的不同时距平均风速的离散性和平均最大风速之间的比例相差较大;随着平均风速的增大,近地面与超高空台风风场不同时距湍流度和阵风因子的变化规律与离散性相差较大;日本风荷载规范(AIJRLB-2004)公式基本适用于我国沿海超高空台风风场顺风向湍流度的估计;当平均时距小于10min时,随着平均时距的减小,近地面和超高空台风风场的顺风向湍流度均比横风向减小得快;超高空台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值略小于横风向,近地面台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值大幅小于横风向。     

台风“苏力”近地风场脉动特性实测研究

利用设置在福建省霞浦县牙城镇的观测点,成功测得了2013年超强台风“苏力”的近地脉动风场数据,在此基础上对台风的湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和功率谱进行了分析。研究结果表明：湍流强度和阵风因子随平均风速的增大而减小,当平均风速大于10 m/s时,数值趋于稳定;台风风场的横风向、竖直向湍流强度分量显著增强,顺风向、横风向、竖直向湍流强度分量比值达到1∶0.8∶0.55;台风风场的湍流积分尺度离散性较大,与平均风速、湍流强度无明显相关性,实测的台风脉动风功率谱与von Karman谱比较接近。     

基于AR模型台风风场模拟

由于获得实测的台风风速曲线记录比较困难,因此在现有的数学模型基础上开展台风风场的数值模拟研究显得十分必要。文章根据拟合得到的"石沅"台风谱,采用AR模型生成具有时间相关性和空间相关性的脉动风速,从而获得台风空间相关性风场。模拟风速的自相关函数和功率谱密度函数与目标自相关函数和目标功率谱均吻合较好,证明了AR模型具有较高的精度,同时也验证了所取参数的正确性。     

风场长期观测与数据分析

为了进行风场现场实测研究,对1组风速采集设备的风场长期观测结果进行了分析.基于现场实测数据,得到了10 m和20 m高度处10 min平均风速年最大值的风玫瑰图;选取了总时长达75 h的18组大风记录,计算了湍流强度、风剖面参数、剪切波速;拟合了风速谱并与Von Karman谱、欧洲规范谱进行了比较;统计了主风方向湍流积分尺度;对风场的垂直相关性进行了分析.结果表明:实测湍流强度较经验值略大;风剖面参数的离散性大,而且均值与荷载规范取值存在一定差异;实测大风记录拟合风速谱与Von Karman谱和欧洲规范谱吻合良好.     

考虑地形影响的台风混合气候极值风速分析方法研究

在台风混合风气候地区,不同类型风气候(如台风,良态风)的极值风速概率分布特性各不相同,如果直接采用单一概率分布模型对混合极值风速进行拟合,往往会造成较大的分析误差。目前国内外处理混合气候极值风速的常用方法也存在诸多问题,且均无法考虑复杂地形的影响,仅给出基于气象记录的极值风速统计。文章通过CFD数值计算建立气象站点和目标点之间的的风速比模型,获取目标位置的极值风速序列,再基于混合函数构建混合风气候地区极值风速的概率密度函数,采用加权最小二乘法拟合分布函数和混合权重函数的参数,最后对各参数进行优化并得到更为精确的极值风速结果。     

台风“海马”登陆过程近地风场脉动特性研究

为研究台风登陆过程中近地风场脉动特性,采用Windcube V2型多普勒激光测风雷达实测台风"海马"的登陆过程,获得了高度40~290 m范围内共计12处的时程数据。基于观测结果,分析了台风中心、眼壁强风区等位置的平均风速和风向、风剖面、阵风因子、湍流强度、湍流积分尺度等发散特性。分析结果表明:台风"海马"平均风速时程呈"M"形双峰分布,台风登陆前后风向角变化了近180°;平均风速剖面在风眼中心和眼壁强风区具有明显不同的剖面形式;风向剖面异于良态风剖面,且沿高度并非一致;在台风眼壁强风区,纵、横和竖向湍流强度三者之比为1∶0.91∶0.40,相比于规范值,台风"海马"横向湍流强度相对较大,竖向湍流强度相对较小;纵向和横向阵风因子均随平均风速的增加而减小,基于非线性关系式给出了阵风因子和湍流度的拟合关系式,拟合结果与实测结果较为接近;湍流积分尺度在眼壁强风区较大,台风登陆前后其值差异也较大且后眼壁大于前眼壁,受地貌特性影响较为显著。     

台风边缘区风场特性及其作用下高耸桅杆结构风效应实测研究

以深圳356 m气象梯度塔记录的风速时程数据为基础，分析了台风“圆规”边缘区风场平均风速、湍流度及风谱特性，并进一步探讨了台风作用下梯度塔的风致响应特征。结果表明：台风边缘区域大风时段风剖面指数均值为0.243,高度40 m以下湍流强度介于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中C类与D类场地之间，高度320 m处湍流强度则接近C类场地的；von Karman谱与高度320 m处实测风谱吻合较好，但与低空实测谱存在一定差异；台风激励下梯度塔以横风向振动为主，且风振多模态参与特征明显，纤绳振动不可忽略；结构加速度响应幅值对梯度塔的模态频率和阻尼存在一定影响；结构x向和y向前三阶模态频率整体呈现随加速度响应增大而减小的趋势；阻尼比的识别结果较为离散，y向的前三阶和x向的一阶模态阻尼比随结构加速度响应增大而增大，而x向的二阶和三阶模态阻尼比则随响应增大呈减小的趋势。     

基于实测数据的香港K11大楼台风风场模拟与风振分析

在香港K11大楼顶层布置了加速度传感器和风速仪,实时监测大楼周边风场及其风致振动。风场数值模拟以顶层实测台风风速数据为基础,结合台风经过时的风速剖面与湍流强度剖面,采用谐波叠加法模拟得到了该高层建筑16个代表楼层处较为真实的台风风场风速时程。分别采用基于数值风场数据的时域法和基于风洞试验数据的频域法对其进行了风振分析。结果表明:与频域法相比,时域法得到的结构风振加速度响应极值、均方根和功率谱密度均与实测结果更为接近。     

超高层建筑施工台风环境下塔吊附着安全性技术研究

海口地处低纬度热带北缘,属于热带海洋气候,秋季多台风暴雨,年均风速3.4m/s,最大风速达68m/s。时常受到热带气旋影响。如何保证受台风强烈影响下超高层建筑施工中塔吊的安全使用是该地区施工中必须考虑的事项。本文通过对外附式塔吊附着撑杆及相连附墙设置的受力计算分析,制定合理的塔吊附着方案,以保证安全、经济施工。     

上海"派比安"台风实测结果的二维脉动风谱拟合

本文根据上海“派比安”台风实测风速资料,运用快速傅立叶变换得到了“派比安”台风的水平风速功率谱和垂直风速功率谱,并把实测风谱与常用水平脉动风谱和垂直脉动风谱相比较;在Kolmogrove理论的基础上,对实测水平脉动风谱和垂直脉动风谱进行了曲线拟合,得到了水平脉动风功率谱和垂直脉动风功率谱常用拟合曲线。     

结合台风全路径模拟的宁波地区台风极值风速估计

运用台风全路径模拟技术和极值理论统计方法对宁波地区台风极值风速进行精确估计.首先,基于CMA-STI热带气旋最佳路径数据集并采用Vickery经验回归模型进行了西北太平洋海域台风全路径模拟,生成了600年台风路径及强度数据,采用Yan Meng风场模型确定了影响宁波地区的台风风速序列.然后,使用weibull分布函数描述了台风各风向下的极值风速边缘分布,并利用t-Copula函数构造各风向极值风速的联合分布模型,得到了台风考虑风向相关性的多风向极值风速估计值.最后,与台风不考虑风向相关性的极值风速以及规范设计风速对比,结果表明,宁波地区台风极值风速估计应考虑风向相关性,不考虑风向相关性的极值风速及规范设计风速都给出了偏风险的极值风速估计值.     

台风“梅花”影响下近地风脉动特性研究

由建立在上海东海岸边的40m测风塔对台风"梅花"影响过程中的风速、风向等信息进行了全程记录,获得了10m、20m、30m及40m高度处的实测数据。通过对湍流度、阵风因子、峰值因子等脉动风特性参数的分析表明:当风速较低时,湍流度和阵风因子均随平均风速的增大而减小,但当平均风速超过其临界值时,湍流度和阵风因子基本不随平均风速而变化,两者的临界风速分别约为10m/s和12m/s;纵向和横向阵风因子随相应湍流度的增大而增大,并且通过最小二乘拟合得到了它们之间的经验公式;峰值因子(阵风持续时距t=3s)基本上不随10min平均风速的变化而变化,10m、20m和40m高度的各时段峰值因子的均值分别为2.21、2.12和2.00,峰值因子均值随阵风持续时距的变化关系与Durst研究结果较为吻合。     

近地台风风场特性及低矮房屋风荷载现场实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房风压及台风风场现场实测系统,研究近地台风风场特性和低矮房屋表面风荷载分布规律。基于实验房获取到的10余次近地台风风速和风压实测数据,对近地台风风场湍流特征参数如湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度及脉动风速功率谱等,按来流不同方位地貌状况进行分类研究;同时分析了斜向强风最不利工况下,屋面角部区域风压分布特征。分析结果表明: A、B、C类地貌条件下,台风顺风向湍流强度均值分别为0.13, 0.21, 0.32;阵风因子同湍流强度正相关,湍流积分尺度随湍流强度增加而减少;与季风相比,台风眼壁区域的顺风向脉动风速功率谱密度值略大于季风的实测值,而横风向脉动风速功率谱密度值显著大于季风的实测值;在低频和惯性子区范围,台风眼壁区域的顺风向脉动风速von Karman和Harris谱拟合值与实测值吻合较好;在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘测点区域具有较高峰值负压和脉动风压,峰值负压系数达-13.5。