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。     

超强台风山竹近地风场特性实测

基于356 m高的深圳气象梯度塔(SZGMT)的实测风速时程数据,分析了超强台风山竹侵袭过程风场特性的竖向分布规律.结果表明,SZGMT上游地面的平均风速剖面指数为0.238,略高于建筑结构荷载规范(GB50009-2012)的C类地貌的指数值;纵向湍流强度接近GB50009-2012 D类地貌的建议值,三向湍流强度比...     

上海陆家嘴地区高空台风“温比亚”风特性实测

基于上海环球金融中心顶部超声风速仪记录的台风"温比亚"风速样本数据,对平均风特性和湍流强度、阵风因子、峰值因子、湍流积分尺度和功率谱密度等脉动风风特性参数进行了详细分析.结果表明:1小时内在3 s、10 min和1 h 3个时距的平均风速变化趋势一致.湍流强度呈现出随平均风速增加先下降后稳定的趋势,纵向和横向湍流强度均值分别为0.135和0.132;阵风因子均随湍流度的增大而增大,两者呈现线性增加的趋势;湍流积分尺度随平均风速增加而没有明显的变化趋势;Von-Karman谱能够较好地拟合本次台风实测纵向和横向风速谱.     

台风外围影响下的大跨度拱桥桥址区近地风特性实测研究

基于南广铁路肇庆西江特大桥风速风向监测子系统,对2015年6月台风"鲸鱼"气候条件下的平均风速、平均风向以及脉动参数(紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度、脉动风速功率谱等)开展实测研究.结果表明:台风外围影响下1min平均风速波动幅度较大,呈现出跳跃性;实测紊流强度离散性较低,纵向紊流强度实测值0.253,紊流强度和阵风因子有随平均风速的增大而减小的趋势特征,且该趋势在低平均风速段更为明显;各方向上紊流积分尺度与规范相应推荐值差别较大,流场中主要以中小尺度涡旋为主,其离散度随平均风速的增加略有增大;规范推荐的Kaimal谱与实测水平向脉动功率谱函数并不能很好地符合,台风"鲸鱼"在低频段和高频段的谱值均偏高.实测表明台风外围风场具有一定相关性,采用Davenport假设会带来一定误差.     

广州西塔台风特性及风致结构振动现场实测研究

广州西塔楼高432 m共103层,属目前华南地区第一高楼,在台风“鲇鱼”的影响下,对其台风特性及风致结构振动进行了现场同步实测,获得了其风场特性、结构动力特性以及风致结构振动响应等相关结果.结果验证了湍流强度随平均风速增大而减小、阵风因子随湍流强度增大而增大等规律,且实测的顺风向与侧风向脉动风速谱均符合Von Karm...     

基于EMD分解法台风“梅花”的近地风特性分析

在EMD分解结果上处理得到非平稳时段的湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风速谱。结果表明,和传统方法处理结果相对比,基于EMD分解法更加适合风速处理。     

良态风和台风下的上海中心大厦动力参数分析

基于2016—2017年日常监测数据和2018年7月台风"安比"登陆时的监测数据,对上海中心大厦动力参数变化规律进行对比分析和研究.利用包络随机减量法,分析低振幅与高振幅下的结构一阶自振频率与振幅、一阶阻尼比与振幅的变化规律.结果表明,良态风作用下,结构振幅低,一阶自振频率随振幅的增加而减小,一阶阻尼比随振幅的增加而缓慢增加;台风作用下,一阶自振频率与振幅仍呈线性关系,由于阻尼器影响,一阶阻尼比与振幅的变化呈现非线性;设计阶段,上海中心大厦在正常使用条件下及台风作用下阻尼比分别取0.3%～1.0%和4.0%较为合理.     

广东汕尾9810号台风实测分析

首次采用无惯性的超声波式风速风谱仪对广东汕尾 ９８１０ 号台风进行了实测。通过实测发现,台风风速的变化周期性明显,一般在５ ～ ５０ ｓ 左右,在峰值频率附近集聚的风能量过于集中,具有很强的破坏性。台风的阵风系数和湍流强度较大,风速极不稳定,从风能利用的角度讲,其品质因数较差。     

上海环球金融中心顶部台风“灿鸿”风速实测

基于上海环球金融中心顶部(494m)采集到的台风"灿鸿"风速数据,对平均风速、湍流强度、阵风因子和峰值因子进行了分析.用广义风速谱拟合的方法计算湍流积分尺度,运用拟合参数将风速谱与Von Karman谱进行对比.研究结果表明:10min最大平均风速与1h平均风速,3s最大平均风速与10min平均风速均有较好的线性关系;顺风向和横风向阵风因子与湍流强度之间都满足线性关系;顺风向和横风向湍流积分尺度随10min平均风速的增加而增加;本次实测得到的风速谱与Von Karman谱有一定差距.     

流花4-1油田海域近海面风场特性分析

为了解决海洋强风场特性研究中实测数据不足的问题,在我国南海流花4-1油田一座半潜式平台上,开展了近海面风场特性的实测研究工作.对2011-09-22实测数据开展了分析,获得了南海近海面风场的湍流强度、阵风因子和湍流积分尺度等强风特性参数;同时开展了脉动风功率谱的拟合研究工作,将实测谱与Davenport谱、von Karman谱和Kaimal谱进行比较,证明了von Karman谱在近海面强风环境中拟合结果较优.     

Seasonal transition and its boundary layer characteristics in Anduo area of Tibetan Plateau

Using the data, especially the GPS rawinsode data, observed in Anduo area of the Tibetan Plateau during the intensive observation period of GAME/Tibet in 1998, the transition from the dry to the rainy season along with their boundary layer characteristics is analyzed comprehensively. The result shows that the formation of the rainy season in Anduo area is related closely to the general atmospheric circulation. The westerly belt moving north and the southeast damp current are basic conditions for development of the rainy season in Anduo area. In the dry season, the air is drier, air temperature higher, and the atmospheric boundary layer is strongly developed to cause its maximum height to reach about 3550 m. Moreover the sensible heat flux is dominant, and the latent heat flux is small in the interaction of land-atmosphere energy exchange, and a reverse humidity phenomenon occurs frequently. In the rainy season, the air is damper, air temperature lower, and the ABL height, with maximum of only about 2300 m, is lower. And the sensible heat flux becomes much smaller, the latent heat flux much larger in the interaction of land-atmosphere energy exchange. The reverse humidity phenomenon disappears.     

大安北地区扶余油层复杂致密油藏特征及成因分析

结合油田实际地质情况,在沉积储层特征、油气分布规律研究的基础上,总结大安北地区扶余油层油藏特征;并对其成因进行了探讨。研究结果表明,大安北地区扶余油层为典型的低-特低孔、超低渗致密储层,储层非均质化严重。导致其油藏特征复杂的根本原因为:1源下多期成藏,各期原油在黏度、密度、组分上均有差异;2砂体在空间上的复杂叠置、接触关系造成的侧向差异输导;3断裂活动期的纵向输导体系造成圈闭类型、规模、油气充注丰度及分布上的差异。基于此,提出"源内倒灌—纵向断裂输导—构造有利部位聚集"的成藏模式,并指出以密集断裂带作为油气优势运移通道的断层组合两侧构造高点或砂体尖灭部位是油气聚集成藏的有利部位,可做为下一步油藏预测与开发的重点目标区。     

Study on wind characteristics of typhoon muifa on the sutong bridge

As a cable-stayed bridge with the longest main span, the Sutong Bridge faces the threat of typhoons every year. Based on field measured data measured at the top of the tower and at the mid-span by anemometers, Typhoon Muifa is analyzed in detail to obtain the wind characteristics, including the mean wind speed and direction, turbulence intensity and gust factor, power spectral density and integral scale of turbulence, etc. The correlated mean wind speeds at the two heights show the reliability of recorded wind data as well as the variation of wind speed with height. Turbulence intensities and gust factors fluctuate in a similar way. The values of integral scales are sensitive in different case. The measured power spectra are particularly compared with Kaimal spectrum, Teunissen spectrum, Harris spectrum, and Davenport spectrum. The results show that the measured spectra cannot fit the code-suggested spectra very well, which exhibits the demand of more accurate spectra. Conclusions obtained in this article can provide references for wind resistance design of super-long-span cable-stayed bridges.     

江浙沿海台风特征分析

对影响江浙沿海台风的路径分布、发生频率等进行了系统分析,结果表明:影响江浙沿海的台风来自于西北太平洋和南海,其中90%以上生成于西北太平洋洋面,其余在南海生成。按其对江浙沿海的影响程度分类,得到影响江浙沿海台风的3种主要路径特征。台风主要在每年的5—11月进入江浙沿海,8月进入江浙沿海的台风数达到最大值;台风频数存在5—6年显著周期;21世纪以来进入江浙沿海的台风数逐渐减少,气旋能量逐年减弱。江浙沿海台风南多北少,浙江省(包括上海市)台风登陆次数较多,江苏省受台风影响相对较弱,基本无台风登陆。由于杭州湾附近特殊的水文环境和地形对台风路径的影响,成为奇特的台风零区,其附近基本无台风经过。     

近17年福建沿海台风及风暴增水特性统计分析

根据1990~2006年的台风资料,对这17年登陆及影响福建沿海的台风特性进行了统计和分析,包括年际分布、年内月际分布、台风登陆点统计分析、台风强度统计分析.结果表明,与已有研究结果相比,台风的频率是下降的,登陆的台风集中发生在6~8月,提前了1个月,登陆台风的气压和风速成反比.对福建沿海崇武、东山、厦门、沙埕及梅花5个站点的实测潮位进行了调和分析和潮位预报,得出6个台风在各个站点引起的增水,对风暴增水分析表明,大风区范围越大则台风引起的增水越大,大风区覆盖台湾海峡的南部比覆盖北部更有利于增水,台风强度越大或台风与站点距离越近则台风引起的增水越大,位于台风右侧的站点比左侧的站点增水要大.     

高速轿车二维风沙流边界层数学模型

基于普朗特的边界层思想,以不可简化成稀相的风沙流体为研究对象,以风沙流的一般方程为基础,在基本假设的条件下,建立了高速轿车车身顶部过流表面的边界层微分方程并给出沙流在近壁表面以滑移为特征的边界条件。又考虑到固体颗粒对边界层的扰动作用,引入了扰动因子。通过对边界层厚度的积分并利用相关条件,得到了边界层动量积分方程。     

加速度不对称波浪作用下的底部边界层动力特性

为了研究加速度不对称波浪对底部边界层的影响,建立加速度不对称波浪作用下的底部边界层数学模型,复演物理模型试验中的流速剖面、紊动强度和床面剪切应力,在此基础上探讨加速度不对称波浪边界层的动力特性。结果表明,波峰半周期内正向加速阶段的加速度比较大,引起较快的边界层发育、较大的流速梯度和较大的紊动能量,产生了正向的周期平均床面剪切应力;这些现象随加速度不对称系数的增大而更加明显;在振荡水槽中,加速度不对称波浪边界层内存在底部反向和顶部正向的时均流动,加速度不对称系数的增大会增强底部反向流速;在开敞水域中,时均流速在整个边界层内都是正向的,底部出现"流速外突"的现象,顶部流速趋于均匀分布,加速度不对称系数的增大会减弱底部正向流速。     

Simulation of wind gust structure in the atmospheric boundary layer with Lattice Boltzmann Method

Cold fronts occur in northern East Asia during winter and spring.After cold frontal passage,airflow is downward and accompa-nying strong winds fluctuate significantly;this is termed wind gusts.Analysis of observation data shows that wind gust structure has coherent characteristics.This is important for entrainment of spring dust storms into the upper boundary layer,where they are transported great distances.The Lattice Boltzmann Method(LBM) is a computational fluid technique based on the Boltzmann transport equation.The LBM has been used to study complex motion such as turbulence,because it describes motion at the micro level.In this paper,Large eddy simulation is introduced in the LBM,enabling simulation of turbulent flow in the atmospheric boundary layer.The formation and development of wind gusts are simulated,and a coherent structure with a combination of wave and vortex is obtained.This explains the mechanism of soil erosion and sand entrainment by the coherent structure of wind gusts.     

南京城市边界层微气象特征观测与分析

南京大学大气科学系分别于2005年7月17日～7月31日,2006年2月18日～3月10日在南京市市区和郊区两个观测点进行了城市边界层气象观测,同时采用流动观测方法和在6个固定观测点进行城市热岛观测,观测发现:南京市存在明显的城市热岛特征,气温由市区中心的最高值向郊区逐步减少,冬夏季节的平均热岛强度分别为1.2℃和0.83℃,晴天热岛强度大于阴天,夜间热岛强度普遍高于白天,夏季和冬季热岛强度最大可达3.6℃和2.4℃.热岛强度随高度增加而减小,在约400 m高度,城区和郊区气温没有明显差异.观测结果还表明城区湿度普遍低于郊区,冬夏季节的城市与郊区的相对湿度差分别为10.6%和7.3%.南京紫金山森林地区对附近地区的气温和湿度有明显影响;城区风速明显低于郊区,高度越低,城区与郊区风速相差越大.南京市区的平均零平面位移约为19.9 m,平均粗糙度1.1m.