三明市城市冠层山谷风特征研究

利用三明市区9个自动气象站2021年1—12月逐日逐时风向、风速资料,研究三明市城市冠层山谷风特征。结果表明,各站点山谷风日数相差很大,冠层顶部和中上部山谷风日明显多于中下部;城市东西两侧冠层顶部和中上部山谷风环流特征均非常明显;山风和谷风之间的转换时间跨度可达4～5小时;从实测风中剥离系统风后的山谷风变化特征研究更具有科学性和代表性;各站点谷风风速均明显大于山风风速。     

丘陵地区深切峡谷风特性现场实测研究

根据测风塔和当地气象站数据,对江底河大桥桥址处深切峡谷的风场特性进行研究.基于数据统计分析得到桥址处风场的平均风速、风向、湍流强度、湍流积分尺度和湍流的功率谱密度函数.结果表明:该桥所在的深切峡谷地形对风向有锁定作用、对风速有加速作用、并且对各个风向下的湍流特性有明显的影响;深切峡谷顺风向湍流强度与平均速度的关系用反比例型函数拟合,拟合效果良好且高风速下接近规范值;竖风向湍流强度明显高于规范推算值.顺风向实测风谱与Kaimal谱相差较大而与von Karman谱吻合较好;竖风向实测风谱明显大于Panofsky风谱而与von Karman谱比较接近.横风向实测风谱与Panofsky谱、von Karman谱都比较接近.     

渡口空气质量模式研究

文章介绍了渡口空气质量模式研究结果。针对渡口山区地形,建立包括有风扩散、微风扩散和山谷风转换期漫烟扩散的一整套大气扩散计算公式。确立了具有当地特征的模式参数和模式输入参数。有风模式取高斯模式带地形校正因子(T)的途径。微风模式取带地形校正因子(T′)和逆温层影响修正的烟团积分模式。针对渡口山区空气污染物浓度日变化单峰型特点,建立山谷风转换期漫烟扩散模式,考虑平均风速随时间的变化,混合层高度随时间变化的影响。模式计算取得良好效果,浓度计算值与实测位的比值,一般不超过1.5—2.0倍范围;而且不论是浓度的季、月平均值还是日平均值,计算值与实测值的分布形式和中心位置都基本一致。     

矮寨悬索桥桥址风环境观测系统及数据分析

为了确保矮寨大桥的抗风稳定性和安全性,掌握桥址处的风特征,设计并建立了一套悬索吊挂式风环境现场观测系统,该观测系统设计经济、合理,通过对实测数据的分析,获得了桥址处峡谷地形风环境的相关参数．     

复杂地形条件下的西部强风特性实测分析

针对复杂地形条件下风特性参数稀缺的问题,通过选择典型地形条件下的三处强风区进行风特性实测研究,得到峡谷山口区特殊的风场特性。平均风特性:(1)风向与峡谷走向一致;(2)风速、风向与季节变化有明显关系;(3)风攻角在±5°间;(4)风剖面指数随风速而增大。脉动风特性:(1)紊流强度均值都小于《规范》中相应的推荐值,表明紊流强度在强风条件下的值小于一般气象条件下的值;(2)紊流强度均值在三维方向的分布与《规范》建议值差别较大;(3)与《规范》推荐值相比,塔高70m处积分尺度实测值较大;(4)各测风塔沿高度方向的紊流功率谱相差不大,且随高度增加脉动频率增大。此外二维与三维测风仪观测结果(除风向角外)规律一致,但三维仪较二维仪所测极值风速明显偏大。     

西部山区斜拉桥风特性观测及数值仿真

针对山区地形地表类别不易确定、风环境复杂的问题,结合山西省禹门口黄河斜拉桥的实际工程,利用自行开发的桥梁风场特性分析系统,对桥址处一年多实测风速数据进行分析计算;并基于"数值风洞"模拟技术,采用Realizable和SST湍流模型,按有实桥结构和无实桥结构2种情况建模,模拟了7种工况下桥位及其周边的风场,得到了典型的西部山区峡谷风场的特点和规律。结果表明:受峡谷风效应影响,桥位风速增加;气流攻角在-9°～8°范围内,比平原地区大;风剖面应通过实测风速数据拟合,不能直接套用规范;湍流度和阵风因子小于一般气象强风条件下的值。     

新疆达坂城风区顺风向脉动风功率谱

为研究新疆乌鲁木齐所处达坂城风区的复杂脉动风环境，基于实测风场风速数据分析并拟合了该风区的顺风向脉动风功率谱。结果表明：以反比例函数拟合山区峡谷地形平均风速与湍流强度的关系误差较小；山区峡谷地形湍流积分尺度分布较离散，但整体随平均风速的增大而增大；考虑地形系数的Kaimal修正谱在含能区和惯性子区间能较好地表征实测谱，在耗能区选用三参数拟合描述实测谱效果良好；选用过渡函数来描述惯性子区间与耗能区接触区域的功率谱，拟合效果较为理想。可见达坂城风区具有特殊顺风向脉动风特性，以修正谱和拟合谱分段构成的函数模型可用于表征该风区顺风向脉动风功率谱。     

山区峡谷桥址处风场实测与数值模拟研究

为准确模拟山区峡谷桥址处的三维紊流风场,以澧水大桥所在峡谷为工程背景,将现场实测风场用谐波合成法进行等效处理生成了满足峡谷风场特性的随机来流,然后基于对Fluent的二次开发,将生成的随机来流赋予大涡模拟的入口边界.通过对比本文方法和无脉动入口计算结果发现,本文方法更能体现山区峡谷风场的真实流态,最后在本文方法基础上对不同风向角作用下的山区峡谷桥址处风场进行了数值模拟,得到了峡谷桥址处风场的详细分布特性,可为山区峡谷地形紊流场精细化数值模拟提供参考.     

CALPUFF在复杂地形条件下的近场大气扩散模拟研究

利用在湖南省丘陵河谷地区开展的高时空分辨率大气扩散综合实验资料,研究美国国家环保局(USEPA)推荐的导则模式CALPUFF(California Puff Model)在复杂地形条件下近场应用的适用性。采用不同时间分辨率的诊断风场和不同扩散参数计算方案,模拟不同气象条件下的近场地面浓度分布。通过与示踪实验实测采样浓度对比分析,得到:采用实测湍流廓线资料计算扩散参数能够较好地模拟近场浓度分布;将实测湍流速度标准差与稳定度参数的拟合关系替代CALPUFF默认的湍流参数化方案,能够改进默认相似性理论方案的模拟结果;风速较大、风向稳定时,模拟结果对风场的时间分辨率和扩散参数计算方案的敏感性较弱;风速较小、风向多变时,需采用逐10 min风场模拟地面浓度场分布,且实测湍流方案模拟结果相较于相似性理论方案模拟值偏大,并更接近实测值。总之,采用逐时风场和实测湍流方案,或逐10 min风场和修正后的相似性理论方案的CALPUFF模式能较好地模拟研究区域复杂地形的近场峰值浓度。     

CALPUFF在复杂地形条件下的近场大气扩散模拟研究

利用在湖南省丘陵河谷地区开展的高时空分辨率大气扩散综合实验资料, 研究美国国家环保局(USEPA)推荐的导则模式CALPUFF (California Puff Model)在复杂地形条件下近场应用的适用性。采用不同时间分辨率的诊断风场和不同扩散参数计算方案, 模拟不同气象条件下的近场地面浓度分布。通过与示踪实验实测采样浓度对比分析, 得到: 采用实测湍流廓线资料计算扩散参数能够较好地模拟近场浓度分布; 将实测湍流速度标准差与稳定度参数的拟合关系替代CALPUFF默认的湍流参数化方案, 能够改进默认相似性理论方案的模拟结果; 风速较大、风向稳定时, 模拟结果对风场的时间分辨率和扩散参数计算方案的敏感性较弱; 风速较小、风向多变时, 需采用逐10 min风场模拟地面浓度场分布, 且实测湍流方案模拟结果相较于相似性理论方案模拟值偏大, 并更接近实测值。总之, 采用逐时风场和实测湍流方案, 或逐10 min风场和修正后的相似性理论方案的CALPUFF模式能较好地模拟研究区域复杂地形的近场峰值浓度。     

X型超高层建筑的三维风荷载及风振响应

以某X型超高层建筑为工程背景,研究了该超高层建筑顺风向、横风向以及扭转风荷载系数沿高度方向的分布规律.以质量和刚度相同、动力特性相近为原则使用简化的自由度缩聚模型代替结构精确有限元模型,计算结果显示结构位移与加速度响应均以一阶模态响应为主,该模型代替精确有限元模型能够满足工程计算需要.对质量中心和刚度中心重合的结构,扭转加速度响应在合加速度响应中占有的比例较小,结构在3个方向上振动的耦合程度不高.提出的合成位移投影方法计算出的沿坐标轴方向的风振系数能够保证X和Y方向最大位移与合成位移最大值的同步性,并考虑了横风向风振的影响略大于顺风向风振系数.     

“桑美”超强台风风暴潮增水特征分析

为研究“桑美”台风风暴潮的增水特征，基于POM海洋数值模式，建立包含福建省、浙江省、江苏省在内的天文潮与风暴潮耦合数值预报模型，并以此模型计算浙江省南部至福建省北部9个站点在台风登陆期间的增水过程。结果表明，9个站点的增水曲线表现出3种类型:标准型、波动型、随机型。距台风登陆点最近的站点表现为标准型，稍远为波动型，台风边缘处表现为随机型；鳌江站具有远超其他站点的最大增水，而这一现象是台风登陆点位置、鳌江站的特殊地形、风暴潮与天文潮耦合作用等多种原因所致。     

高墩多塔斜拉桥沿桥轴向风特性实测分析

为研究山区地形高墩多塔斜拉桥沿桥轴向风特性变化情况,在桥面沿桥轴向安装两个三维风速仪和两个二维风速仪,利用小波法提取实测非平稳风时变平均风速,对沿桥轴向风样本进行平均风特性和紊流风特性分析.结果表明:沿桥轴向4个测点平均风速、平均风向角变化趋势基本保持一致;沿桥轴向湍流强度、阵风因子、积分尺度等紊流参数变化趋势基本保持一致,顺风向湍流强度均值较规范推荐值偏高;沿桥轴向实测风样本顺风向功率谱密度在低频段较Simiu谱值偏低,在高频段顺风向功率谱密度与Simiu谱吻合较好;竖风向功率谱密度在低频段较Panofsky谱值偏低;在高频段竖风向功率谱密度与Panofsky谱吻合较差.     

峡谷地区桥位处风参数特性

以花江北盘江大桥为工程背景,通过地形模型风洞试验研究峡谷地区桥位处的参数特性,分析某峡谷地区不同风向来流时桥址处平均风剖面、紊流强度和脉动风功率谱变化情况。结果表明:在横桥向来流作用下,跨中位置测站风剖面呈指数规律,但桥塔位置处受周边地形影响较大,风剖面无明显规律,在另一侧横桥向来流作用下情况相似,说明来流发展受地形影响发育不均。整个山区风场的紊流度在空间分布上相关性不大,紊流度的空间分布受地形影响较大,特别是靠近边坡的位置,紊流度数值较大。脉动风功率谱的变化需要考虑周围山地的影响,顺河谷方向的来流在桥面高度处的功率谱与Kaimal谱吻合较好。     

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。     

沿海城市风场时空特征分析 ——以福建省晋江市为例

为分析沿海城市风场的时空变化规律,本文以福建省晋江市为例,在当地气象观测资料的气候统计基础上,通过风矢量分解、统计与数值模拟、海陆风日等方法,从静风、主导风与海陆风三个方面研究了晋江城市风场的基本规律,初步了解沿海城市风场的基本特征。结果如下：沿海城市受海陆地形等因素影响导致当地平均风速较高,静风天较少,风能资源丰富;我国沿海城市大多处在季风气候区域,不同季节主导风向差异明显,符合季风气候特征;沿海城市风场受海陆风等局地风场影响较大,某点出现海陆风的频率与其到海岸线距离大体呈负相关规律,海风与陆风风向在海陆风日内转换差异显著,海陆风各项特征均具有季节性差异。本文可为沿海城市风场时空特征研究提供基础理论方法,并且为沿海地区的天气预报与监测、污染扩散与传输、农业种植区划、风资源利用等方面提供十分重要的理论依据。     

晋陕峡谷大路梁黄土磁组构特征及其指示的古风向

在对晋陕峡谷厚41.2m的大路梁黄土剖面磁组构特征研究的基础上,恢复了该区0.9Ma以来的古风向。该剖面的磁组构特征与前人的研究结果有一些相似之处,但更具有其特殊性。几乎所有样品的磁面理值F都大于磁线理值L,各向异性度P与磁面理值F相关性较高,磁化率量值椭球体表现为压扁状。磁组构指示的古风向表明,本区的地面主导风向为NE-SW向,且0.9Ma以来在大的方向上没有显著改变。结合对主导风向变化驱动因子的分析表明,影响晋陕峡谷近地面主导风向的因子应该是南北走向的峡谷地形所致。     

复杂山区水库蓄水影响下的库区桥址风特性数值模拟研究

以某复杂深切峡谷大跨度悬索桥为工程背景,构建桥址区水库蓄水后的地形数值模型,对桥址区进行区域地形风场数值模拟研究.通过36个不同来流工况的对比分析,探讨水库蓄水后的主梁平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流风向下的变化规律.研究表明,山区库区桥址风场特性分布比较复杂:主梁横桥向平均风速随来流风向变化较大,主梁出现较大负攻角效应;典型工况下横桥向风速沿主梁由北岸向南岸递减;多数工况下,桥址区风剖面分布复杂,远不同于常规指数律;桥位出现较明显的峡谷风效应,风速放大系数最高达1.06.研究结果为水库库区大跨度桥梁的抗风设计提供一定的依据.     

终南山公路隧道非机械式通风效果研究

秦岭终南山特长公路隧道规模庞大,通风系统复杂,为了合理确定通风配置,节约通风费用,评估自然风和交通活塞风等非机械式通风方式的通风效果就显得非常重要。课题组现场监测了终南山特长公路隧道内的自然风速、交通量及自然风压和交通风压共同作用下的风速,收集了大量数据。通过对监测数据的处理、分析得出,较大自然风速出现在10∶00—14∶00这个时间段,最大自然风速达到2.576 m/s;隧道东、西线交通量出现高峰期的时间段基本恒定;隧道东线内自然风压和交通风压共同作用下的风速较大的时间段基本上与交通量高峰期时间段相吻合,而西线这两个时间段吻合性较差,洞内风速变化相对平缓。考虑洞口外风向频率、风向、洞口实测温度等参数的自然风速计算方法计算值与实测自然风速较接近。隧道内自然风压和交通风压联合作用下的风速计算值虽小于现场实测值,但较接近实测值。     

苏通大桥实测典型台风特性对比分析

为研究台风不同区域风特性的特征及差异,基于苏通桥址区实测"海鸥"与"海葵"台风各72 h的风速样本,开展了风眼经过/未经过桥址区2类台风实测风特性的对比分析.首先,基于矢量分解法对2类台风的平均风速与平均风向进行了对比分析.然后,计算了2类台风的紊流强度、阵风因子和紊流积分尺度,并采用最小二乘法对阵风因子与紊流强度的非线性关系以及紊流积分尺度的概率密度进行了拟合.最后,计算了2类台风的紊流功率谱密度,并与规范推荐的风谱模型进行了对比.研究结果表明,与台风中心更接近的区域紊流强度与阵风因子值更大,紊流积分尺度值更小,且阵风因子与紊流强度之间存在较强的相关性.桥址区紊流功率谱密度不仅与风速大小相关,还与紊流强度大小有关.2类台风的实测风特性参数与规范建议值均存在一定偏差.