精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模擬.pdf

1、一方面臺(tái)風(fēng)與人們的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，給沿海及內(nèi)陸地區(qū)帶來(lái)了充足的雨水；另一方面，臺(tái)風(fēng)是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大等特點(diǎn)。
　　關(guān)于臺(tái)風(fēng)的研究主要有：氣象學(xué)從臺(tái)風(fēng)的形成、發(fā)展以及消亡的整個(gè)大氣物理過(guò)程著手，充分考慮臺(tái)風(fēng)天氣系統(tǒng)的各類(lèi)要素，但主要是對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行大尺度的模擬；土木結(jié)構(gòu)領(lǐng)域未考慮溫度、濕度、水汽等物理過(guò)程，得到簡(jiǎn)化的控制方程，雖然對(duì)研究臺(tái)風(fēng)機(jī)理有著明顯的缺陷，但為結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)提供較好的分析資料；災(zāi)害評(píng)估

2、專(zhuān)業(yè)以及保險(xiǎn)行業(yè)則是著重臺(tái)風(fēng)的發(fā)生、登陸等概率分析，充分考慮各種不確定因素以及統(tǒng)計(jì)規(guī)律。
　　本文采用氣象學(xué)大氣控制方程組進(jìn)行小尺度的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模擬，較之傳統(tǒng)相互獨(dú)立的研究，其優(yōu)勢(shì)在于既保證了臺(tái)風(fēng)模擬的相對(duì)準(zhǔn)確，又能將模擬信息延伸到小尺度區(qū)域，這對(duì)土木工程來(lái)說(shuō)是一種很好的研究思路。首先進(jìn)行臺(tái)風(fēng)天氣系統(tǒng)的數(shù)值模擬，得到精細(xì)三維臺(tái)風(fēng)場(chǎng)時(shí)-空信息，分析臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)、風(fēng)場(chǎng)特性；進(jìn)一步考慮可能影響模擬結(jié)果的旋轉(zhuǎn)湍流因素、時(shí)空精度和亞格子模型，

3、修改源程序或加入新的亞格子模型進(jìn)行分析。本文目標(biāo)是通過(guò)數(shù)值模擬得到精細(xì)、準(zhǔn)確的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)，便于大型橋梁、風(fēng)力電廠選址，城市風(fēng)環(huán)境等研究開(kāi)展；并發(fā)現(xiàn)氣象學(xué)與土木學(xué)科關(guān)注連接領(lǐng)域的新現(xiàn)象，對(duì)得出的新現(xiàn)象給出合理的理論解釋。本文利用的是由美國(guó)環(huán)境預(yù)測(cè)中心和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心等科研機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的統(tǒng)一的中尺度數(shù)值模式WRF。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，利用WRF模擬2014年16號(hào)臺(tái)風(fēng)鳳凰，分為WRF模擬和WRF-LES模擬兩種工況，對(duì)比分析

4、臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性，優(yōu)選出模擬結(jié)果較好的工況作為后續(xù)分析的主要依據(jù)。在分析過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)平均風(fēng)速剖面與臺(tái)風(fēng)中心所處地形有著密切的相關(guān)性；脈動(dòng)風(fēng)速譜在平穩(wěn)段與高頻段之間存在一過(guò)渡段，這與科爾莫戈羅夫的-5/3次律的邊界層譜有一定出入；湍流強(qiáng)度、湍流積分尺度同樣與常態(tài)風(fēng)相差較大；
　　然后，重點(diǎn)分析引起脈動(dòng)風(fēng)速譜“異樣”的可能因素：旋轉(zhuǎn)湍流、時(shí)空精度以及WRF模式亞格子模型的準(zhǔn)確性，得出各可能因素對(duì)于臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)的具體影響情況；與此同時(shí)模擬一正