精細化臺風風場模擬.pdf

1、一方面臺風與人們的生產、生活密切相關，給沿海及內陸地區(qū)帶來了充足的雨水；另一方面，臺風是最嚴重的自然災害之一，具有突發(fā)性強、破壞力大等特點。
　　關于臺風的研究主要有：氣象學從臺風的形成、發(fā)展以及消亡的整個大氣物理過程著手，充分考慮臺風天氣系統(tǒng)的各類要素，但主要是對臺風進行大尺度的模擬；土木結構領域未考慮溫度、濕度、水汽等物理過程，得到簡化的控制方程，雖然對研究臺風機理有著明顯的缺陷，但為結構的安全設計提供較好的分析資料；災害評估

2、專業(yè)以及保險行業(yè)則是著重臺風的發(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。
　　本文采用氣象學大氣控制方程組進行小尺度的臺風風場模擬，較之傳統(tǒng)相互獨立的研究，其優(yōu)勢在于既保證了臺風模擬的相對準確，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。首先進行臺風天氣系統(tǒng)的數(shù)值模擬，得到精細三維臺風場時-空信息，分析臺風風場結構、風場特性；進一步考慮可能影響模擬結果的旋轉湍流因素、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行分析。本文目標是通過數(shù)值模擬得到精細、準確的臺風風場，便于大型橋梁、風力電廠選址，城市風環(huán)境等研究開展；并發(fā)現(xiàn)氣象學與土木學科關注連接領域的新現(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)境預測中心和美國國家大氣研究中心等科研機構開發(fā)的統(tǒng)一的中尺度數(shù)值模式WRF。具體研究內容如下：
　　首先，利用WRF模擬2014年16號臺風鳳凰，分為WRF模擬和WRF-LES模擬兩種工況，對比分析

4、臺風的風場特性，優(yōu)選出模擬結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)平均風速剖面與臺風中心所處地形有著密切的相關性；脈動風速譜在平穩(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)風相差較大；
　　然后，重點分析引起脈動風速譜“異樣”的可能因素：旋轉湍流、時空精度以及WRF模式亞格子模型的準確性，得出各可能因素對于臺風系統(tǒng)的具體影響情況；與此同時模擬一正