精細(xì)化臺風(fēng)風(fēng)場模擬.pdf

1、一方面臺風(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)帶來了充足的雨水；另一方面，臺風(fēng)是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，具有突發(fā)性強、破壞力大等特點。
　　關(guān)于臺風(fēng)的研究主要有：氣象學(xué)從臺風(fēng)的形成、發(fā)展以及消亡的整個大氣物理過程著手，充分考慮臺風(fēng)天氣系統(tǒng)的各類要素，但主要是對臺風(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、水汽等物理過程，得到簡化的控制方程，雖然對研究臺風(fēng)機理有著明顯的缺陷，但為結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計提供較好的分析資料；災(zāi)害評估

2、專業(yè)以及保險行業(yè)則是著重臺風(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)行小尺度的臺風(fēng)風(fēng)場模擬，較之傳統(tǒng)相互獨立的研究，其優(yōu)勢在于既保證了臺風(fēng)模擬的相對準(zhǔn)確，又能將模擬信息延伸到小尺度區(qū)域，這對土木工程來說是一種很好的研究思路。首先進(jìn)行臺風(fēng)天氣系統(tǒng)的數(shù)值模擬，得到精細(xì)三維臺風(fēng)場時-空信息，分析臺風(fēng)風(fēng)場結(jié)構(gòu)、風(fēng)場特性；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)是通過數(shù)值模擬得到精細(xì)、準(zhǔn)確的臺風(fēng)風(fēng)場，便于大型橋梁、風(fēng)力電廠選址，城市風(fēng)環(huán)境等研究開展；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環(huán)境預(yù)測中心和美國國家大氣研究中心等科研機構(gòu)開發(fā)的統(tǒng)一的中尺度數(shù)值模式WRF。具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，利用WRF模擬2014年16號臺風(fēng)鳳凰，分為WRF模擬和WRF-LES模擬兩種工況，對比分析

4、臺風(fēng)的風(fēng)場特性，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)。在分析過程中，發(fā)現(xiàn)平均風(fēng)速剖面與臺風(fēng)中心所處地形有著密切的相關(guān)性；脈動風(fēng)速譜在平穩(wěn)段與高頻段之間存在一過渡段，這與科爾莫戈羅夫的-5/3次律的邊界層譜有一定出入；湍流強度、湍流積分尺度同樣與常態(tài)風(fēng)相差較大；
　　然后，重點分析引起脈動風(fēng)速譜“異樣”的可能因素：旋轉(zhuǎn)湍流、時空精度以及WRF模式亞格子模型的準(zhǔn)確性，得出各可能因素對于臺風(fēng)系統(tǒng)的具體影響情況；與此同時模擬一正