Shapiro台风风场模型及其数值模拟

我国东南沿海是世界上台风最集中的地区之一,也是我国经济最发达和财富最集中的地区,台风引起的灾害损失巨大.数值模拟方法是目前进行台风危险性分析和估算极值风速普遍采用的方法,已有较多风场模型应用于台风区的极值风速估算,Shapiro风场模型是其中之一.首先介绍了Shapiro台风风场模型,然后采用有限差分法求解描述该风场模型的非线性偏微分方程组,利用两个实测台风的风速记录对该模型进行了验证,对该风场模型在我国东南沿海地区的应用做了初步尝试.     

中国东南沿海重点城市台风危险性分析

中国东南沿海地区是中国经济最发达，人口最稠密的地区，同时也是世界上受台风影响最严重的地区之一。本文以上海经9个沿海重点为例，通过对《台风年鉴》数据的分析处理，提取了台风关键参数并进行了统计分析与建模；利用Monte Carlo抽样和成熟台风风场模型模拟，得到了极值风速序列，对年极值风速序列进行极值风速统计分析，得到了不同重现期和地貌的极值风速，结果与实测风速比较吻合。     

基于YanMeng台风风场的输电线路极值风速推算方法

极值风速作为输电线路抗风设计的重要参数,对结构的强度和年限标准意义重大。为克服采用观测资料直接推算极值风速的缺陷,给出了一种沿海地区输电线路极值风速推算的数值方法,即以台风风场物理方程为基础,利用历史台风进行反演,验证风场模型的适应性,随后结合台风年鉴,采用模拟圆和Monte Carlo抽样模拟进行研究点最大风速序列计算,并根据极值III型Weibull分布进行极值风速的推算。最后以海口市为例,对该极值风速推算方法进行详细阐述,推算了海口市近100a内重现期的极值风速,并与观测统计值进行对比,研究发现本文模拟效果较好,可以作为沿海地区输电线路抗风设计的理论参照。     

基于台风风场经验模型的海面风场数值模拟

为估算经过海面时摩擦力对台风风场造成的影响,引入了适用于从低风速到高风速计算的关于海面10 m高风速U_(10)的海面拖拽系数C_d的表达式,进一步发展了以Vickery台风风场模型为基础的台风风场经验模型。然后,将利用不同Charnock常数μ计算得到海面拖拽系数C_d随U_(10)的变化情况与实测数据进行了对比。最后,将台风风场经验模型应用于台风"黑格比"期间经过海面时台风风场的数值模拟。将计算得到的台风1 h平均风速与海面观测塔获取的观测数据进行了对比。研究结果表明,基于此海面拖拽系数C_d表达式的台风风场经验模型能对经过海面时的台风风场进行很好的模拟。     

台风风场简化理论模型的对比研究∗

台风风场模型的研究对于台风风场极值风速、巨浪的精确预报以及与之相关的灾害评估研究是极具现实意义的。系统介绍了Kepert提出的台风风场线性解析模型和Foster提出的基于相似理论求解的半解析模型。在Kepert解析模型的基础上进行改进,引入沿高度变化湍流扩散系数模型和受速度影响的拖曳系数模型,用半解析的方法对风场进行求解。借助Dropsonde现场观测台风风速剖面数据对本文提出改进模型的准确性进行验证。利用三种理论模型对实测海上台风表面风场进行模拟,与H*wind风场数据进行比较,验证不同模型之间的差别,并定量分析不同模型对台风表面风场特性的模拟能力。     

中信广场风场特性及风致结构振动的同步监测

通过对广州中信广场在台风“达维”作用下其风场与风致结构振动的现场同步监测，获得了台风风场和结构动力特性，及风致结构振动响应等相关结果。通过对现场测试数据的分析，验证了湍流强度随平均风速增大而减小和阵风因子随湍流强度增大而增大等规律，实测的脉动风速谱与von Karman谱亦很吻合。同时通过对中信广场加速度响应与平均风速关系分析得出，该高层建筑物的顶部风速即使处于低中风速范围时，其横风向响应已接近于顺风向响应。根据实测风振加速度数据，对结构动力特性（频率及阻尼比）进行了识别，采用随机减量方法求得了结构在两个主轴方向第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。     

基于数值模拟的台风危险性分析综述(Ⅱ)——随机抽样模拟与极值风速预测

台风危险性分析是台风损失估计及防灾减灾的基础。对基于数值模拟的台风危险性分析所采用的随机台风概率模型、随机抽样模拟方法和极值风速预测进行了回顾与评述,包括台风关键参数概率模型及其相关性、台风路径模型、台风登陆衰减和海陆风速转换模型以及台风极值风速概率模型,并针对我国东南沿海地区台风危险性分析数值模拟采用的相关模型给出了相关建议。     

温州地区台风和下击暴流风场特征观测研究

利用风廓线声雷达在温州大罗山西北部的茶山地区从2019年4月到2021年9月对台风“利奇马”、“米娜”、“黑格比”以及2个下击暴流风场进行实测,获得了台风、下击暴流影响时的边界层风速剖面演变过程。比较各风场边界层规律：台风风场边界层最高,下击暴流次之,常态风场边界层最低。在台风中心30～129 km范围内,边界层高度沿气旋半径向外呈先增大后减小再增大的趋势。验证了二阶高斯拟合模型对于台风风场风剖面形态的适用性,实测台风近地50～400 m高度层均表现为D形风剖面,根据不同的参数取值,可以很好地拟合台风上部的S形风剖面。总结下击暴流风场演变过程的3个阶段：高层大风,影响时低层强风切变,影响后回归高层大风。验证了三阶高斯拟合实测模型与Oseguera与Bowles模型、Vicro模型、Wood与Kwok模型对于描述下击暴流风剖面形态的差异性。发现了滨海丘陵地形下实测的下击暴流风速均在100～400 m高度层先递减后递增。分析了台风风场与下击暴流的水平垂直方向风速相关性的差异,即台风风场与下击暴流分别在90～200 m、50～400 m高度层水平与垂直方向风速为正相关,均在近地层突变为负相关...     

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。     

"艾利"台风异常路径与登陆地点分析

2004年18号台风“艾利”的移动路径在登陆前发生了两次左折，是一次十分罕见的异常路径。从大尺度环流、天气尺度特征分析发现，双台风作用使两个台风产生逆时针旋转效应，及由东西环副高联成的东西向高压坝的阻挡作用，台风西北侧我国江南一福建的偏东一东北气流的加强和沿海地形摩擦效应的综合效果是造成台风“艾利”异常路径的原因。“艾利”台风第二次左折向西南方向移动，沿着福建海岸线的移动阶段，利用沿海多部雷达的高时空分辨率的定位，准确及时地反映了台风西折的动向，为防台抗灾提供了重要的信息，从一定程度上弥补了第二次左折路径预报存在一定偏差的不足。分析还发现，“艾利”台风在第二次左折前后，多普勒雷达速度图象上出现了明显的风速极值区不对称特征，西北象限风速极值大于其它象限的不对称分布可能是导致并维持AERE台风向西南方向移动的重要原因。最后，利用沿海地区稠密的自动气象站探测到的风和气压资料，较好地验证了雷达定位的准确性，同时能够更精确地判定台风的登陆点。     

考虑地形和土地覆盖影响的参数化台风风场模拟

现有参数化台风风场模型通常采用单一地表粗糙度假设,忽略地形和土地覆盖的影响,使得参数化台风风场模型不能真实反映台风风场。本文基于GTOPO30(Global Topographic Data of 30 arc seconds)全球数字高程数据和USGS(U.S.Geological Survey)全球土地覆盖数据,将地形地貌效应等效为地表粗糙长度,建立了受西北太平洋台风影响的东亚地区的地表粗糙长度空间分布;并对比验证了3个典型地貌的地表粗糙长度。然后,对参数化台风风场模型进行了适当修正,使其能耦合地形起伏对风场产生的抬升和沉降作用。以WRF(Weather Research and Forecasting)模式的模拟结果为基准,采用3个历史台风案例,考察了地形地貌对参数化台风风场模拟的影响。对比结果表明,考虑地形地貌效应可以显著提升参数化台风风场模型对台风空间结构的模拟能力。考虑地形地貌影响的参数化台风风场模型的模拟结果与实测结果吻合较好。     

台风湍流积分尺度与脉动风速谱——基于实测数据的分析

基于4个台风过程中的长时间序列风速、风方向观测数据，分析研究了近地台风的湍流积分尺度和脉动风速谱等脉动特性。介绍了湍流积分尺度的几种常见的计算方法，基于实测台风数据，分析研究了台风过程中湍流积分尺度的变化以及不同计算方法的稳定性。根据实测数据计算了纵向脉动风速谱，并与Von-Karman谱、Davenport谱、Simiu谱和Harris谱等经验谱进行了比较，给出了最适合描述台风纵向脉动风速谱的经验谱。还计算了横向脉动风速功率谱，并与基于各向同性湍流理论推导出的水平横向脉动风速谱进行了对比。     

长三角地区台风危险性定量分析

台风灾害是影响我国最主要的自然灾害之一。由于地处西北太平洋西侧,长三角地区每年都会受到台风的侵袭。根据中国气象局公布的1949-2010年西北太平洋台风最佳路径数据,首先提取了影响长三角16个城市的台风最大风速数据,分别从台风影响频次、强度和最大风速极值分布的角度定量地分析了各个城市的台风灾害危险性,并通过对比分析得出了台风灾害危险性在长三角地区的分布状况。结果显示,台风影响频次和强度都呈现从东南向西北递减的趋势,综合台风影响频次、强度和极端台风重现水平,这16个城市可以划分为3个危险等级:"高危险"城市,包括台州、绍兴、宁波和舟山;"中危险"城市,包括杭州、上海、嘉兴、湖州、无锡和苏州;"低危险"城市,包括南通、常州、镇江、南京、泰州和扬州。致灾因子危险性定量评估是灾害风险评估中重要的一环,研究结果可供制定长三角地区台风灾害防灾规划参考。     

1961-2018年中国风速均值和极端值的时空演变特征

基于1961-2018年中国545个气象观测站点的日值平均风速、最大风速和极大风速数据,采用多种数理统计方法,从气候态特征、长期变化趋势、年际波动特征和1990年前后的差异特征诊断气候变暖背景下近58年来中国风速均值和极端值的时空演变特征。结果表明:(1)1961-2018年中国平均风速具有南低、北高的空间分异特征,而最大风速和极大风速则呈现东南低、西北高的空间分异特征,且两者的空间相关系数达0.71(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。平均风速、最大风速和极大风速在1991-2018年相比1961-1990年整体以偏小为主。(2)中国平均风速、最大风速和极大风速年代距平从1960年代至2010年代逐渐由正距平为主演变为负距平为主,且1960、1970和1980年代以正距平为主,而1990、2000和2010年代以负距平为主。(3)1961-2018年中国平均风速、最大风速和极大风速均以减少趋势为主,并具有区域性和次区域性特征,其中后两者的空间相关系数达0.75(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。最大风速和极大风速在1990年前后的趋势差异具有较高的空间一致性。(4)1961-2018年中国平均风速在西部地区波动相对较大,最大风速和极大风速的波动特征具有空间相似性,空间相关系数达0.57(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。平均风速、最大风速和极大风速在1991-2018年相比1961-1990年波动偏大的地区明显多于偏小的地区。     

大风重现期的风险分析

目前结构抗风设计计算风荷载时所采用的设计风速,是根据重现期即所谓多少年一遇的概率来确定的,只考虑某一风速大风出现的概率,不考虑该大风出现的间隔时间是有一定的局限性的.对某一风速大风出现的间隔时间及其概率分布进行了研究,提出了一种大风重现期的风险分析方法.运用该方法,可以分析得出按年度出现某一特定风速大风的发生概率或风险率.     

50年来上海市台风灾害分析及预评估

依据1949~2005年中国气象局上海台风研究所的实测数据和前人的研究成果,筛选出对上海地区造成严重影响的84个台风,对这84个成灾台风的最大风速、过程雨量以及吴淞口、黄埔公园潮位站数据分析,结合收集到的其中57个台风的完整灾情数据计算灾情指数。综合研究得出:近50年来,成灾台风生成频数的年际变化比较明显;台风造成的人员伤亡、农田受淹面积和房屋倒损3个灾情参数在这50年里有一定的起伏变化,但综合灾情指数变化的幅度不大,从1980年代开始灾情指数有上升趋势。成灾台风灾情指数与上海市郊吕泗站最大风速和过程雨量成正相关。吴淞口、黄埔公园的潮位站数据与成灾台风直接经济损失对应性较好。