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.     

台风区建筑结构风荷载数值模拟分析

超高层建筑和大跨结构对风荷载非常敏感,通常在结构设计中会成为主控荷载.我国沿海地区的年最大风速是由台风引起,基本风速是结构抗风设计的最主要设计参量,它的推断依赖于长期的准确近地风观测资料.过去台风观测资料较少,现采用MDnte-Carlo模拟台风,可以弥补这一缺陷.文章应用Yan Meng风场模型并结合台风危险性分析方法,推算得到沿海重点城市上海地区在重现期为50 a、100 a和200 a的最大极值风速.     

台风极值风速的数值模拟及分布模型

为克服台风统计样本的不足,以厦门为例,采用Batts风场模型,利用MonteCarlo数值模拟方法来拟合最大风速的极值渐进分布,拟合结果与实际较吻合.通过3种极值分布函数包括极值Ⅰ型、Ⅱ型、反向威布尔分布以及广义Parato分布(GPD)拟合结果的对比分析,得到100年重现期内极值Ⅲ型分布(即反向威布尔分布)对于厦门地区年最大风速拟合最好,而极值II型的偏差较大,并给出了厦门地区不同重现期内最佳的极值风速估算值.     

北京地区地面风场的数值模拟研究

利用区域大气模拟系统RAMS(RegionalAtmosphericModellingSystem),对北京地区2002年7月8～10日的地面风场进行了模拟,并将结果与同期的实际地面风场进行了对比。对比结果表明,结合高分辨率地表植被类型资料与地形资料,RAMS模式可以很好地再现北京地区地面风场的时空变化特征。     

两类建筑结构脉动风场的数值模拟

基于随机模拟理论的谱解法以及快速傅里叶变换（FFT）技术,运用MATLAB语言编程模拟两类典型结构物周围的脉动风场,并给出部分节点的脉动风速时程曲线.模拟的过程中考虑结构不同点的空间相关性,并采用多种方法验证本程序和数值模拟结果的正确性.FFT技术能大大提高程序运算速度,而传统的谱解法又能保证模拟的精度,使得脉动风速的数值模拟结果能满足工程分析的需要.     

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。     

基于强风圈半径的台风风场模型

首先用Jelesnianski台风风场模型及美国联合台风警报中心(JTWC)整编的台风资料,计算10级和7级风圈半径,并与气象部门的发布值相比,发现两者存在较大误差.进而,在Jelesnianski台风风场模型的基础上,提出一种基于最大风速半径、10级和7级风圈半径的台风风场模型,并比较两种台风风场模型的风速剖面.结果表明:该模型比包括被广泛应用的Jelesnianski台风风场模型在内的前人提出的台风风场模型都更接近台风风场实况,其中10级和7级风圈半径与气象部门的发布值是一致的.     

台风云系的数值模拟

利用高分辨率中尺度数值模式输出的大气中云水、冰水、雨水、雪水成功地模拟出1997年登陆台风Winnie的云系结构。模拟云图与气象卫星实际观测的台风云图非常相似。由于模拟云图可以给出大气中不同形态水物质的三维空间分布,弥补了卫星只能观测云顶表面的不足。模拟云图揭示出了台风云系中的中尺度云带以及台风Winnie登陆后从热带气旋变性为温带气旋过程中云系结构的变化。     

基于边界层风洞的下击暴流稳态风场特性数值模拟

针对下击暴流稳态风场模拟问题,基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),首先分别采用二维、三维冲击射流模型对下击暴流风场进行数值模拟,对下击暴流风场特性进行研究.在此基础上,根据下击暴流对桥梁结构作用主要受水平风速影响的特点,采用二维数值模拟方法对边界层风洞中设置倾斜平板模拟下击暴流水平风速风场进行了研究.最后,设计并加工了边界层风洞下击暴流水平风速模拟试验装置,在边界层风洞中进行了下击暴流水平风速风场模拟试验,并将数值模拟结果与试验结果和已有文献结果进行了比较.结果表明:下击暴流风场的二维冲击射流模型模拟结果与三维冲击射流模型模拟结果吻合较好,即二维冲击射流模型是一种有效的下击暴流风场简化模拟方法;在边界层风洞中设置倾斜平板所模拟的下击暴流水平风速风场数值模拟结果和风洞试验结果具有较好的一致性,并与冲击射流模型数值模拟结果和现场实测结果均吻合较好,即在边界层风洞中设置倾斜平板可模拟下击暴流水平风速稳态风场特性.     

并列建筑物周围风场的数值模拟

研究单体建筑物高度及并列建筑物高差及并列建筑物间距等因素对并列建筑物周围风场的影响．建立了10组不同的并列建筑群布局,计算采用标准k-ε湍流模型．数值计算得到各种布局下建筑群周围风场,并对它们进行了对比分析．结果表明,单体建筑物高度与并列建筑物高差、并列建筑物间距与单体建筑物高度差共同对并列建筑物周围风场产生影响．     

台风随机模拟与极值风速预测应用

采用Monte-Carlo台风风场随机模型，结合台风历史记录资料和近地台风观测结果，对上海周边沿海区域内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№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，使在较短台风风速序列上进行极值风速预测成为可能．而后，将上述理论与方法应用于上海-崇明越江通道工程极值风环境研究，预测了台风气候模式工程场地重现期极值风速结果，并与实测结果和规范进行了对比。     

台风麦莎(0509)的数值模拟及结构演变特征分析

利用中尺度数值模式MM5,成功地模拟了0509号台风“麦莎”的路径、强度及其内部结构。根据模式输出的高分辨率结果分析了“麦莎”的动力和热力特征,包括环流结构、涡度、散度以及温湿场。结果表明：气旋低层的动力场及温湿场的明显不对称分布,加强了系统内部的上升运动;Q矢量散度辐合中心与强降水有很好的对应关系,500hPa高度场上强Q矢量散度辐合区域以及正涡度区对地面强降水中心有很好的指示作用。     

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.     

同化QuikSCAT资料对台风Vongfong(2002)数值模拟的影响

利用四维同化技术和中尺度数值模式MM5相结合对南海台风Vongfong(2002)的登陆过程进行了模拟,分析表明:同化Qu ikScat资料主要能使模拟的台风移动路径与实况更为接近。而台风的强度变化、降水量和降水分布的模拟与对流参数化方案有密切的关系,其中以Betts-M iller湿对流调整型方案最为合适。HFT试验模拟的台风路径、强度变化、暴雨分布和降水强度与实况一致。且试验结果较好地重现了Vongfong的一些异常特征,如路径突然折向北、移速先慢后快、近海强度加强、降雨量大、强暴雨中心落在台风西北侧等。利用非常规资料改善模式初始场,有逼真的物理过程,可以提高对台风登陆过程的预报。     

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.     

沿海典型大跨桥梁桥址区台风极端风荷载预测与应用

基于日本气象局1951年至2015年西北太平洋最佳路径数据库,采用地理加权回归方法,分别建立了台风路径、强度和风场参数递推模型,并结合台风边界层三维风场解析模型,提出了适用于我国沿海地区台风风灾模拟的随机模拟算法。以深中通道伶仃洋航道桥为工程背景,开展了桥址区10万年台风随机模拟,分别构建了极值风速的重现期曲线、超越概率曲线和竖向风剖面等,可直接应用于指导桥梁的抗台风设计。最后,在考虑伶仃洋航道桥结构参数和气动参数不确定性基础上,开展了该桥的颤振可靠度分析,评估其在台风作用下的颤振失效概率和安全性能。     

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。     

基于多通道风洞实验的数值模拟研究

风洞不仅是航空航天发展的保证,也是风沙物理学研究的重要依托.对于风沙地貌、风沙环境的研究以及防护治理都有举足轻重的作用.以建设多通道风洞实验平台为背景,通过在UG中对平台进行建模,再利用商用软件ANSYS对三种不同进风口角度的风洞模型进行数值模拟分析,对比在三种不同角度情况下风洞实验段中的流体流线分布情况、流体速度矢量场分布情况及流体压力场分布情况,确定了最佳进风口角度的风洞模型,为后期建设提供了有力的技术支撑和理论基础.