台风风场模型适应性研究

基于数值模拟方法进行台风危险性分析去估算重现期极值风速,在国内外已得到普遍采用.进行台风数值模拟依赖于台风风场模型,不同的台风风场模型对同一地区的适应性并不一致.通过阐述几种典型的台风风场模型,并利用台风Betty（87）和York（99）两个台风实测风速和风向记录对这些台风风场模型进行对比验证,为极值风速推断选择适合于我国东南沿海的风场模型.     

台湾海峡台风浪的数值模拟

采用第3代海浪模式SWAN(simulation waves nearshore),在考虑了波浪折射、底摩擦、破碎、白浪、风能输入、非线性波波相互作用等物理过程的基础上,分别应用Jelesnianski模型风场、藤田气压公式计算的梯度风场以及考虑台湾海峡和台湾岛地形影响的台风风场(陈德文台风风场)模型,数值模拟了0813号"森拉克"、0815号"蔷薇"和0908号"莫拉克"3场台风过程在台湾海峡产生的台风浪,并与浮标观测结果对比.结果表明,陈德文台风风场模型数值模拟的台风浪结果与实测符合较好,其中模拟结果的有效波高平均绝对误差为0.55m,有效波高峰值平均绝对误差为0.19m,说明其对台风浪的模拟尤其是灾害性台风浪的模拟是成功的.     

基于YanMeng模型模拟台风的初步探索

利用风场模型对台风进行数值模拟得到极值风速这一方法已被广泛应用.首先详细介绍YanMeng风场模型物理模型及数值解法;着重强调该模型中的两个随机参数:Holland参数B、等效粗糙长度z_0,讨论了它们对气压场及风速的影响程度,并给出相应取值方法;最后以YanMeng风场模型作为技术背景,根据厦门气象局提供的实测台风数据对台风DAN进行数值模拟,得到梯度风场以及台风影响下厦门地区表面风速,以证明YanMeng 风场模型的可行性.     

台风风特性现场实测与数值模拟研究综述

台风风特性的现场实测与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟是研究台风作用下结构风效应和城市地形风场特性的主要方法。采用综述形式,对当前台风风场特性现场实测与数值模拟研究的基本方法、主要内容、待解决问题及未来发展趋势进行了归纳及总结。现场实测台风数据为台风风特性的研究提供有力的科学根据,在数值模拟软件中对台风风场进行模拟极大方便了对台风风特性的研究。目前,台风实测数据还十分有限,台风非平稳性和地域性差异等因素导致难以用数值模拟的方式准确描述城市地形风场环境。未来,需以现场实测和数值模拟相结合的方式,总结风场特性,对城市地形风场建立适配的台风数学分析模型,得到合适的结构设计风参数选值方法。     

1307号台风“苏力”台风浪数值模拟

以T639预报风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3(WAVEWATCH-III),对发生在2013年7月中旬的1307号台风"苏力"所致的海浪场进行数值模拟,并利用来自台湾岛、朝鲜半岛、日本的浮标观测资料,验证模拟台风浪场的有效性,进而对台风浪的结构特征进行分析,以期为台风浪场的数值预报、防灾减灾等提供科学依据.结果表明:1)以T639预报风场驱动WW3海浪模式,模拟的台风浪场较好地刻画了台风"苏力"的结构特征;2)与浮标观测资料对比发现,模拟有效波高整体上具有较高精度,与观测值在曲线走势上保持了较好的一致性,在数值上稍大于观测值;3)澎湖浮标站处的模拟有效波高与观测值出现较大差异,这应该与台湾海峡的复杂地形、T639预报风场在台湾海峡的准确度有关;4)台风海浪场与海表风场表现出较好的一致性,台风位于大洋时,高值中心的有效波高可达13m以上,台风逼近福建沿海时,带来了11m左右的巨浪.     

地形起伏变化下的边界层参数化台风风场模型

对于登陆台风来说,采用平坦下垫面和单一的地表粗糙长度假设并不能与实际情况相吻合.为了更准确地模拟台风近地面风场,基于现有参数化台风风场模型,采用随地形变化的坐标系建模方法和高精度地形与土地覆盖资料,考虑了台风登陆过程中地形起伏和土地覆盖变化的影响.针对历史上影响广东省的3个台风案例,利用大量观测数据对比和验证了改进后的台风风场模型.对比结果表明:改进后的参数化台风风场模型对风速的模拟并没有表现出明显的系统偏差,并且能较好地模拟出台风登陆过程中风速风向的时程变化.     

长江口与杭州湾风暴潮三维数值模拟

基于改进的河口海岸和海洋三维数值模式ECOM-si，加入台风模型气压场和模型风场，同时考虑径流、天文潮与风暴潮耦合作用，数值模拟了TC9711（Winnie），TC0012（Prapiroon）和TC0014（Saomai）三个台风期间长江口和杭州湾的水位过程.与观测资料比较，模式较好地再现了台风期间的水位过程，采用Fujita（藤田）气压场公式计算的结果比Fujita Takahashi（藤田 高桥）气压场公式下的计算结果更符合实测值，并在上述3个台风期间计算水位值与观测值的均方误差分别为42.5 cm，41.7 cm，35.5 cm.     

湛江港海域台风浪模拟研究

利用第3代近岸海浪数值模式对影响南海湛江港海域的3次台风浪过程进行了模拟研究。结果表明：由藤田台风模型同化相应时刻的台风要素、NCAR网格点资料、单站观测资料后提供模式所需风场，利用自嵌套方式提供模式所需波谱边界条件的处理方法，对这3次台风浪的模拟来说，是较为理想的，此方案可为该海域台风浪的模拟预报提供较好的参考。     

基于WAVEWATCH-Ⅲ的台风浪模拟对比

为了验证目前国际最新的第三代海浪模式WW-Ⅲv4.18的模拟效果,基于该模式建立了区域海浪试验模型,采用基于欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim海表风场模型和台风风场模型的合成作为驱动场,利用WW-Ⅲv3.14作为对比模式,对发生在2015年8月中旬的台风"天鹅"产生的海浪场进行数值模拟,并利用卫星高度计资料验证模拟浪场的有效性,进而对比分析了WW-Ⅲv3.14和v4.18的模拟结果,以及本次台风的辐射应力场。结果表明,模拟波高与观测资料吻合程度较高,在台风影响区域,相较于v3.14的模拟效果,v4.18模拟的波高较好,相应辐射应力较大。WW-Ⅲv4.18在波高模拟上较v3.14有所改进,v4.18模拟的涌浪较v3.14更为合理,且模拟的辐射应力场也相对合理。     

非平稳台风-桥分析系统

 从风场模拟、验证和荷载处理3个方面考虑台风非平稳特性,构建了台风-桥分析系统。构建了台风风场模拟验证系统方法,基于非平稳风速模拟方法建立台风风场模拟方法,并引入非均匀调制进化谱对模拟风场进行验证;基于良态风荷载处理方法,建立了台风荷载处理方法,并采用APDL语言进行ANSYS二次开发,建立台风-桥时域分析系统;采用建立的分析系统对台风作用下某斜拉桥桥梁响应进行分析。结果表明,模拟功率谱和验证进化谱吻合良好,提出的台风风场模拟和验证系统方法合理有效;模拟台风风速与台风作用下的桥梁响应时程曲线均与时变平均风速变化趋势相同,且波动幅度随时变平均风速的减小而减小;基于平稳特性经典风谱直接对台风风场进行模拟不合适。     

架空输电线路非平稳台风风场数值模拟与验证

为了实现架空输电线路非平稳台风风场模拟,考虑非平稳脉动风场的紊流强度和阵风因子特性及其影响,提出了一种架空输电线路非平稳台风风场的模拟方法。首先利用Spline插值方法生成时变平均风速,采用更新时变平均风速的谐波合成法模拟脉动风速,然后基于三向风谱功率密度函数,构建了台风风场的时变功率谱,计入风场空间上的相关性,获取了调制进化功率谱,并与模拟台风功率谱比较;最后以某架空输电线路为例,验证了台风模拟方法的合理性。研究结果表明：随着基本时距的增加,台风的非平稳因素所占比重越大;本文提出的输电线路非平稳台风模拟方法合理有效。     

基于区域灾害系统论的广东省台风灾害风险评估——以“山竹”台风为例

本研究的主要目的是构建一种适用于广东省的台风灾害风险评估模型,从而能有针对性地对广东省发生台风灾害后的抗灾救灾、应急决策提供参考意见.本文在区域灾害系统论的指导下,综合了致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性3方面,构建了一套新的评估指标体系,并以加权综合法、层次分析法、自然间断点分级法构建了广东省台风灾害风险评估模型.最后以2018年第22号超强台风“山竹”为例,对广东省进行了台风灾害风险评估,并形成了1 km×1 km的综合风险区划图和评估分析结果.结果表明：1）该模型评估出的广东省“山竹”台风灾害中高风险地区与灾情报告相符合,具有较高的可靠性;2）广东省“山竹”台风灾害致灾因子危险性呈现出中东部沿海和中西部地区高,并逐渐向周围递减的分布;3）广东省台风灾害高孕灾环境敏感性地区主要集中在珠江三角洲地区以及粤东潮汕地区,这些地区地势平坦、河网密集、植被覆盖度低;4）广东省台风灾害高承灾体脆弱性地区主要集中在珠江三角洲地区、粤东潮汕地区、粤西茂湛地区,这些地区人口稠密、经济发达、耕地众多、城市化程度高;5）广东省“山竹”台风灾害综合风险呈现出中东部沿海和中西部地区高,并逐渐向周围...     

近岸非对称型台风风场模型

该文针对近岸台风不对称性非常明显的特征，建立了基于特征等压线的不对称型气压场和风场模型，该模型简便实用。文章还提出了台风模型风场和北景风场合成、单站资料同化的思想和方法，既提供台风过程大范围、长时间风场，又进一步拟合了台风风场的不对称特征。     

轻钢屋面自攻钉节点在台风作用下时变可靠度研究

为建立台风作用下自攻钉节点灾后性能评估办法,首先基于风洞试验的屋面时程风压系数数据,结合模拟台风的风速和风向信息,利用雨流分析法计算台风过境期间的屋面风压系数矩阵,进而用于不同风速下的节点抗力退化模型计算.其次,结合台风荷载模型,采用蒙特卡罗模拟方法,获得沿海城市自攻钉节点的时变可靠度指标,从而实现基于概率的自攻钉节点抗风性能评估.此外,根据模拟台风方法给出模拟台风的风速及风向的解析解,同时得到了台风致自攻钉节点抗力退化数学模型.通过算例分析得出考虑自攻钉节点的台风致抗力退化会使其可靠度显著下降.在对轻钢屋面自攻钉节点进行可靠度评估时,按照我国规范中的目标可靠指标较为保守.     

台风风场随机参数敏感性分析

在沿海台风多发区域，高耸和长大结构对于台风风速作用非常敏感，故有必要合理估算结构寿命期内可能遭遇的台风极值风速，结合台风气候条件下风速分布模型与Monte-Carlo可靠度分析方法，构建了台风风场随机模型，分析了台风风场风速的分布特点，数值化地再现台风的基本结构．选用1949年至2001年对上海地区有明显作用的75个台风记录，用敏感性分析方法计算了台风风场多个随机参数对于台风极值风速的贡献程度，为台风随机模型的极值风速预测作了必要的准备．     

广州地区台风极值风特性蒙特卡罗随机模拟

结合1949—2003年台风年鉴统计资料和广州气象站逐时（连续）气象观测记录,采用蒙特卡罗台风风场随机模型和敏感度分析方法,计算了广州地区不同场地类别风环境随机参数对于台风极值风速的影响,并对该区域的台风风场参数合理取值进行了优化.以越界峰值法和广义Pareto分布探讨了工程场地目标重现期内极值风速预测分析过程,再现了几类典型工程场地台风风环境梯度风高度、平均风剖面、极值风速和阵风因子取值特点,并与规范结果进行了对比.