江苏省典型高速公路强风和强横风时空分布特征

强风特别是强横风是影响高速公路汽车安全行驶的重大交通气象灾害之一。为提高交通气象中强横风天气的预报准确率,利用江苏省典型高速公路2012~2015年交通自动天气监测系统观测数据,分析了江苏省沪宁、宿淮盐、沿海和京沪高速公路强风和强横风的时空分布特征,探讨了地理环境等因素对强风和强横风发生的影响,在此基础上,对江苏省典型高速公路的风压进行分级,揭示风压的空间分布特征。研究表明:1)强横风的日变化和季节变化规律与强风相似,一天中两者出现频率最高的时间段为12~14时;一年中7月份频率最高。2)各站点强风和强横风发生日数频率一致,均呈现沿海高速公路发生日数较高的站点最多、范围最大,宿淮盐高速公路最少、范围最小的特点。强风盛行风向与强横风盛行风向基本一致,4条高速公路整体上,偏北风频率最高,偏北向强风和横风的频率高于偏南向强风和横风,偏东向强风和横风的频率高于偏西向强风和横风。频率最高的极大风风向为22.5°,最大风风向为0°,即正北。3)除宿淮盐高速公路2012年秋季月份外,月极端风速均超过10 m/s,最大值达到22.6 m/s。4)综合考虑风向、风速等变化因素,将风压分为10级。其中风压达到黄色预警以上发生频率最高的路段为沿海高速公路的北段。5)地理环境对各高速公路不同路段强风、强横风和风压等级均有不同程度的影响,其中地形起伏、水系分布、距海远近对其影响较大。     

1951-2006年西北太平洋热带气旋活动时空特征

西北太平洋是全球热带气旋(TC)发生次数最多、强度最大的区域之一,其TC研究受到该区域学者的广泛关注。基于日本气象厅(JMA)东京台风中心西北太平洋TC最佳路径数据资料,分析了该区域1951-2006年的TC频数和强度时空分布特征。首先,统计和分析了56年间(1951-2006年)TC的年际和年内变化,并通过建立1°×1°网格计算了落在每个网格内的TC次数,分析了多年TC的空间分布格局;其次,根据国际气象组织按照风速划分TC等级的标准,统计和分析了56年间不同强度TC的年际和年内特征,通过风速强度指数计算,获取了1°×1°网格单元区域内遭受TC影响的强度等级。结果显示,区域频数和强度时空分布规律较好地反映了该区域的TC影响特征,进而为区域台风灾害预报以及台风灾害风险评估提供了支持。     

强风环境非平稳风速模型及应用

提出了强风环境非平稳风速分析模型。该模型将风速记录分解为时变平均风和零均值平稳脉动风分量两部分,给出了经验模型法确定时变平均风的步骤并重新定义了风特性参数的计算公式。分别采用非平稳和平稳风速模型进行了1 851小时实测强风资料的风特性参数计算并做了对比分析。结果显示非平稳模型计算得到的紊流强度和积分尺度较平稳模型小,而平均风速及相干函数的衰减系数则相当接近,非平稳模型较平稳模型更适合描述强风特性。     

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。     

大尺度稳态强风地区考虑建筑风效应方向性的新方法∗

首先，介绍了美国、新西兰和日本风荷载规范中关于方向性处理方法的优劣。其次，基于多元极值和条件概率理论，提出了一种按不同风向平均风速极值相互独立处理风荷载/效应方向性的新方法。再次，以哈尔滨、北京和济南为例，分析了我国大尺度稳态强风地区不同风向平均风速极值的相关性特征。最后，以一鞍型屋盖为例，分析了其在大尺度稳态强风地区(以哈尔滨、北京和济南为例)不同建筑朝向下风荷载/效应极值的方向性特征，阐明了美国、新西兰和日本规范中方向性处理方法的局限性，验证了新方法的有效性。研究结果表明：(1)我国大尺度稳态强风地区不同风向平均风速极值趋近于相互独立；(2)所提新方法可以方便、准确的考虑方向性，合理确定风荷载/效应极值；(3)建议该方法作为我国风荷载规范处理风荷载/效应极值方向性的一个方案。     

定日镜的风压分布与脉动特性

定日镜结构的形体特殊,不同于普通的建筑结构.采用表面测压技术对定日镜模型进行了三维风荷载风洞试验,得到了各测点风向角0°～180°范围内,竖向角为0°～90°情况下,镜面平均风压和脉动风压的分布,重点探讨了镜面脉动风压特性.研究结果表明脉动风荷载功率谱变化受湍流风速和旋涡脱落的影响,并与斯托哈罗数有关;镜面正反两侧脉动风压主要呈正相关特性,在顺风向情况下相关系数较小,横风向情况下相关系数较大;风向角及竖向转角较小时,脉动风压更好地符合高斯分布.     

总体样本风速风向联合概率分析方法

提出了针对总体样本的风速风向联合分布的实用统计分析方法。假定任意给定风向上的风速符合某一概型分布、风向间的关联以风速资料的相对发生频率反映、不同风向间的概型参数及频率分布的变化满足谐波函数,在此基础上,利用风速风向资料的总体样本可以得到一个能够反映任意方向的风速风向联合分布函数。利用澳门地区的百年风资料与某风站连续5年的风速观测记录,对该方法的可行性进行了验证。分析表明,该方法具有一定的适用性,便于结构的抗风可靠性分析,具有一定的工程应用价值。     

基于性能的结构抗风设计理论框架

提出了基于性能的结构抗风设计理论框架,将风压强度划分为4个设计风压等级(弱风压、中风压、强风压及超强风压),将人体振动舒适度划分为6个等级(无振感、轻微振感、中等振感、烦恼、非常烦恼和无法忍受)、三种振动水平(与人的舒适感相关的振动水平、与人正常工作和操作有关的振动水平、与人的生理健康直接相关的振动水平)。结合不同类别建筑物的性能需求及人体振动舒适度的要求,将结构风振性能水准划分为4种状态(性能健康、性能亚健康、性能病态及性能丧失),将结构风振性能目标划分为5个等级(A、B、C、D、E)。提出了结构抗风概念设计与计算分析的一般原则,给出了结构性能抗风安全性评价及社会经济评价基本内容的建议。     

基于数值风场的高层建筑对临近低层建筑群影响分析

针对高层建筑对低层建筑的风压、风速分布的影响问题,选用标准k-ε湍流模型,应用CFD数值方法模拟高层建筑影响下的低层建筑群的风场,侧重模拟分析了高层建筑的位置布局改变对低层建筑群风速及风压场的影响。分析结果表明:高层建筑对临近低层建筑群风场的影响显著,高层建筑的位置对低层建筑群风环境的影响较大。     

我国下击暴流的时空分布特性

为给结构设计风荷载取值提供依据,本文根据1971~2000年全国707座气象基站的观测资料,研究下击暴流的时空分布特性。首先,通过分析下击暴流发生天数的年变化和月变化以及初终期,获取下击暴流的时间分布特性。其次,考虑下击暴流发生天数和持续时间的空间分布,依据发生天数年平均值提出下击暴流风荷载设计的分区方法。最后统计计算各分区的下击暴流发生天数、持续时间及发生频率。为减少风灾损失,建筑结构风荷载计算中应考虑下击暴流的影响。     

强风下不同高度低矮建筑间干扰效应研究

以往研究已经认识到相对高度对低矮平屋面建筑风荷载分布有着直接的影响,但双坡屋面房屋气动特性与之存在差别。为研究相对高度对双坡屋面建筑风荷载分布与风致干扰效应影响,以2016年莫兰蒂台风登陆东南沿海某地区实测强风数据为基础,采用计算流体动力学方法,对不同高度的两栋低矮建筑与该地区不规则低矮建筑群模型的屋面风荷载进行数值模拟,并研究其风致干扰效应。研究结果表明:对于两栋低矮建筑,当高度比小于2时,随着高度比的增加,受扰房屋背风屋面负风压系数绝对值减小。在迎风屋面上,当高度比大于1时屋面风压为负,且随着高度比的增加迎风屋面负风压系数也随之增大。对于此不规则低矮建筑群,60°为抗风最不利风向角。整体上,高度增加的房屋其屋面负风压系数出现增大,高度不变的房屋屋面负风压系数减小。     

低矮房屋体形系数的修正及风荷载计算方法研究

低矮房屋在强风作用下倒塌破坏给村镇区域造成严重损失,因此研究低矮房屋表面风荷载特性和分布规律,建立有效的抗风设计方法尤为重要。对10种屋面倾角、3种高深比、3种宽深比,共60个双坡低矮房屋模型进行了风场数值模拟研究,采用分区法获得屋面最不利风荷载分区体型系数,并分析了屋面倾角、高深比、宽深比对风压分布的影响,利用最小二乘法对各分区体型系数进行了屋面倾角、高深比和宽深比三参数的拟合,并将拟合公式和多国风荷载规范给定值进行比较,验证了拟合公式的可靠性。以拟合公式为基础,给出了我国荷载规范中风荷载分区体型系数的建议值,并用于屋面风荷载的计算,改进我国荷载规范中平均风压的计算方法,给出了合理的抗风简化计算公式。     

内蒙古森林气象火险等级数值模拟个例研究

按照中尺度模式与统计方法相结合的思路,对缺少观测资料的森林地区进行气象火险等级模拟,可以达到森林火险预警的目的.采用这一方法可以大大提高森林气象火险服务的能力,提供具有高时空分辨率的森林火险预警信息.以1997年5月2日内蒙古绰尔发生的特大森林火灾为例,利用一个三维M-γ尺度大气-土壤耦合模式,对该地火灾发生前、中、后期的气象要素场进行了模拟,并根据森林气象火险等级综合指数,最后得到了研究区域的气象火险等级时空分布状况.结果表明,该中尺度模式模拟能力强,气象要素场的模拟结果基本符合山区气候变化规律,分析的森林气象火险等级分布与实际情况符合得较好.由此可见,采用中尺度模式进行火险预警的方法,可以为森林防火提供较为可靠的指导.     

台风“海鸥”的风场实测与输电塔风振响应分析北大核心CSCD

为研究强风作用下输电塔风振动力响应的规律,选择代表性地貌下的典型输电塔进行监测,得到了台风"海鸥"经过时,多点边界层风特性的实测结果以及风致输电塔振动的真实动力响应。基于风速数据,着重分析了空间风场特性的各项参数,包括平均风速和风向、风剖面参数、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱。采集了输电塔横担和塔头塔身连接处振动加速度响应。分析了杆件薄弱部位的风振动应变响应,对杆塔在台风作用下的安全性进行了评估。为输电塔抗台风设计改进提供重要的实测数据支持。     

隧道火灾时空温度场小波分析

提出了分布式光纤温度传感系统(DTS)时空温度场小波分析方法,完成了监测系统报警算法的设计;应用该算法,对隧道内弱风和强风条件下的模拟实验隧道火灾时空温度场进行了瞬态识别;基于隧道温度场监测数据时空矩阵的提取,对隧道的温度场变化规律做出了分析,并选取Ribo3.7小波基成功识别出隧道火灾时空温度场的奇异点.实验结果表明...     

北京日光温室风灾风险分析及区划

利用北京市1981-2010年30 a的气象观测资料,结合温室灾情数据资料,计算了不同风力对北京温室可造成的灾害的概率,确定了日光温室风灾等级划分的量化标准,并对日光温室风灾风险的时空变化进行了评估。结果表明,当风力达3级(3.4 m·s-1)以上时,即有可能对温室大棚造成灾害。风速越大,成灾概率越大。小波分析表明,北京日光温室致灾风力的发生日数存在14～16 a的周期,春季温室致灾风多发。北京温室风灾风险总体上呈现自南向北增大的趋势。延庆佛爷顶周围一带风灾风险最大,北部山区次之;平原地区风灾风险较轻,且日光温室分布较多,该区域采取及时有效的风灾预防措施,有利于日光温室产业的发展。     

福建沿海输电线路设计风速取值探讨

根据福建省崇武气象台1973~2006年的风速资料,分别采用极值Ⅰ型Gumbel分布、极值Ⅱ型Frechet分布、极值Ⅲ型Weibull分布对该地区的风速进行了统计分析。结果表明,该地区发生强风的概率很大,受台风的影响,年最大风速一般发生在7~10月份,且其风速值随着年代的推后有下降的趋势;经柯尔莫格洛夫拟合优度检验,极值Ⅰ型Gumbel分布是该地区的风速概率分布的最优曲线;极端风速是影响沿海输电线路安全的一个重要因素,可采用差异化的设计方法予以考虑。     

基于作物水分亏缺指数的吉林省玉米不同生育时段干旱特征分析

利用吉林省1961-2015年46个气象站的逐日气象数据,结合Penman-Monteith方程,计算玉米生育期逐旬需水量(Et_c)、降水量以及作物水分亏缺指数(CWDI),根据干旱等级指标计算逐旬不同等级干旱频率、平均干旱强度以及干旱风险指数,并分析其空间分布和时间变化特征。结果表明:从玉米生长季水分供需状况看,西部地区整个玉米生长季水分亏缺最严重,玉米易遭受干旱威胁,中部发生干旱的威胁次于西部地区,东部发生干旱的威胁最小。西部地区干旱发生频率最高,其次是中部,东部地区干旱发生频率最低,平均干旱强度和干旱风险指数与此有相同的分布特征。各等级干旱基本上是在玉米生长的前期和后期发生频率较高,而在玉米生长的关键期,发生频率相对较小。除个别情况,各时段基本是轻旱发生频率最高,其次是中旱,而重旱发生频率较低,特旱发生频率最低。代表站各时段水分亏缺指数年际变化基本是中前期呈减少趋势,中后期呈增加趋势。不同时段各等级风险区空间分布也存在差异。     

台风“海鸥”的风场实测与输电塔风振响应分析

为研究强风作用下输电塔风振动力响应的规律,选择代表性地貌下的典型输电塔进行监测,得到了台风"海鸥"经过时,多点边界层风特性的实测结果以及风致输电塔振动的真实动力响应。基于风速数据,着重分析了空间风场特性的各项参数,包括平均风速和风向、风剖面参数、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱。采集了输电塔横担和塔头塔身连接处振动加速度响应。分析了杆件薄弱部位的风振动应变响应,对杆塔在台风作用下的安全性进行了评估。为输电塔抗台风设计改进提供重要的实测数据支持。     

武汉阳逻长江公路大桥设计风速值的研究

利用武汉市气象站1961～1999年的风的基本资料，分析了桥位周边平均风速、最大风速、大风日数、最多风向及频率、各风向平均风速及频率、历年的极值风速及大风危害等风的基本特征；建立了武汉市气象站1961～1995年的逐年最大风速序列(其中1989～1995年的逐年最大风速，通过与未受城市化影响的黄陂气象站的比较而进行了合理的订正)。根据建筑设计规范采用极值I型曲线，并用两种参数估计方案。推算出武汉市气象站不同重现期(100，50，30a)10m高处10min平均年最大风速(基本风速)分别为19．4m／s，18．4m／s和17．8m／s。采用比值法求出，从气象站到大桥江边最大风速的增大系数为1．54，从而得到桥位区不同重现期(100，50，30a)10m高处10min平均年最大风速(设计风速)分别为29．9m／s、28．3m／s和27．4m／s。最后分析了大风在146m高度内的变化特征，并采用指数和对数法将设计风速外推到200m以下每10m高度层，可供设计、施工及将来维护参考。