风速风向联合概率密度分布的一种经验函数模型

对风速与风向边缘分布采用统一的极值概型描述,提出了一种可适用于多峰极值以及总体样本的风速风向联合概率分布函数的经验解析表达式。模型包括7个参数,可由实测数据利用非线性最小二乘方法拟合得到。对模型参数拟合时的初值选取方法提出了建议,并对典型的风向双峰值情况,给出了峰向区间的划分方法;利用双峰总体、双峰极值以及单峰极值3种不同类型的实测数据,检验了模型的适用性。结果表明,该模型可以较好地描述不同类型总体样本或极值样本的风速风向联合概率密度特性,可供风向设计风速的确定、风速评估及场地风能评估等工程问题参考。     

尖山地区复杂地形下的风场模拟

为了得到河南省新密市尖山"真型输电线路"实验基地所在复杂地形下的风场特征:平均风与脉动风特性,本文采用计算流体动力学的方法对尖山"真型输电线路"实验基地所在区域的风场进行数值模拟。数值模拟研究结果表明:平均风速剖面并不符合规范设计的对数和指数风剖面,而是近地面局地"速度加大(speed-up)"现象显著体现,同一高度风速会大于设计风剖面;进一步,平均风向、湍流强度、湍流积分尺度以及Reynolds应力剖面都很好地体现了局地地形的影响作用,其中风向是由于"风向影响(twist-effect)"机制影响。最后,通过分析脉动风速谱随风向的变化规律,得到适合尖山地区风速谱特征。     

基于SHMS的润扬悬索桥桥址区北风特性的研究

气象研究表明,作用在润扬悬索桥上的强风荷载主要是夏季台风和冬季偏北大风。运营近三年来,润扬悬索桥结构健康监测系统(SHMS)中的风速仪记录了经过该桥址区的大量强风样本。本文通过对北京时间2007-03-10 T13:00～2007-03-10 T16:00期间的实测强北风风速风向数据的分析,得到了该时段的风速和风向、紊流强度、紊流积分尺度、紊流功率谱密度函数等强风特性。结果表明,桥址区实测北风风速风向较稳定;顺风向紊流功率谱密度函数与Kaimal谱吻合较好;紊流强度较规范偏高。     

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。     

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.     

复杂山区地形滑雪场区域风环境数值模拟

以黑龙江省亚布力滑雪场为工程背景,根据地形高程数据对复杂地形进行数字化建模,选取12个不同来流风向,采用基于地形过渡段及粗糙度壁面函数法的CFD(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟对滑雪场的赛道与索道区域进行了风环境分析。结果表明：数值模拟结果与现场实测的偏差基本在20%以内,CFD数值模拟方法具有一定的准确性;来流风向为30°、60°、270°和330°时,滑雪场邻近山体对来流风的阻挡效应较大,赛道处的风速较小;各工况索道观测位置的平均风速放大系数基本大于1(来流风向270°除外);风攻角和风偏角整体受地形地势的影响,风攻角较大的位置出现在索道上站到5#观测点之间,风偏角变化较大的位置出现在索道上站到3#观测点之间。研究结论可以为滑雪项目赛训和索道安全运行提出建议。     

长江航道江苏段强风和强横风的时空分布特征研究

利用长江航道江苏段2009-2012年AWMS实测数据,分析了强风和强横风的时空分布特征,探讨了大气背景、地理环境等因素对强风和强横风发生的影响,建立了适用于该航道的风压分级预警机制。研究表明:(1)强风和强横风的日变化和季节变化规律相似。(2)每月极端最大风速都超过10 m/s,达到了最大风和极大风事件的标准。(3)局地地理环境差异对不同航段强横风发生频率有不同的影响。(4)强风盛行风向多属于强横风,整体上,偏北风频率高于偏南风,偏西风频率高于偏东风。(5)综合考虑风向和风速的时空变化,建立了水上交通风压的"四级预警"机制,回代计算发现风压预警等级的分布与地形分布密切相关,呈中间等级高、频率多,东、西段等级低、频率少的格局。     

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。     

脉动风速功率谱与随机Fourier幅值谱的关系研究

功率谱密度函数是随机过程在频域内的重要特征量,但由于其本质上是平稳过程的频域数值特征,致使其很难全面反映原始随机过程的概率信息,这就需要从更本源的意义上考察随机过程。本文试图从Fourier随机函数的角度反映随机过程,将经典的功率谱密度函数中具有物理意义的可测变量看作随机变量,利用功率谱与Fourier幅值谱的关系,定义了随机Fourier幅值谱;以Davenport谱为例,证实当地面粗糙度服从对数正态分布、10m高度基本风速服从极值Ⅰ型分布时,可通过功率谱构造具有物理意义的随机Fourier幅值谱。通过实测风速Fourier谱与随机Fourier幅值谱的比较,证明随机Fourier幅值谱的概念具有合理性。     

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。     

中国大陆地区年最大平均风速的概率密度函数

根据中国大陆地区1951-2002年的实测风速数据资料，采用密度演化方法进行了各站点年最大平均风速的概率密度函数估计，给出了大陆地区年最大平均风速均值和标准差的等值线分布图。与常用的基于拟合优度检验的概率密度函数估计和统计量分析不同，所提方法不需要进行先验分布类型的假定，可以通过直接计算给出与基本数据经验分布函数符合得较好的概率密度函数与概率分布函数。对比研究表明，该方法给出的统计结果是可信的，具有工程实用参考价值。     

沙尘暴发生过程中的风速和土壤湿度变化

利用内蒙古中西部二连浩特、乌拉特中旗和乌海等3个地区2001—2004年的6小时风速风向观测资料和每小时的土壤湿度观测资料，以及同期的沙尘暴观测数据，统计研究了在沙尘暴发生季节，沙尘暴发生过程中风速与土壤湿度的关系和变化特征。结果表明，内蒙古中西部沙尘暴主要发生在春季，在这个季节，沙尘暴的发生主要受西风影响，沙尘暴发生过程中的风速达到最大，沙尘暴发生前和发生后风速变化较大，统计样本中的最大变幅达12m／s；统计样本中土壤湿度在沙尘暴发生前达到最小值，在沙尘暴发生过程中和发生后则没有明显的规律性的变化。土壤湿度是制约沙尘暴发生的较为重要的下垫面要素之一。     

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。     

黄淮海地区干热风灾害致灾因子时空特征分析

黄淮海地区是我国冬小麦主产区,也是干热风灾害危害最重、影响最广的地区,本研究利用黄淮海冬麦主产区81个站点1961-2017年的逐日气象数据和冬小麦生育期资料,分析了该地区小麦成熟期和干热风致灾因子的时空变化特征。在81个测站中,有23个成熟期提前趋势显著或极显著,但大部地区成熟期变化趋势不显著,有63%的站点未通过显著性检验。对干热风致灾因子达标日数和相似系数的分析表明,达到干热风灾害阈值的概率依次为14:00风速>14:00相对湿度>日最高气温,最高气温是形成干热风的主要限制因素,轻干热风的发生最高气温和相对湿度起主要作用,重干热风则是高温胁迫起决定作用,低湿条件使胁迫加重,风速只起辅助作用。揭示了该地区干热风危害总体减轻的气象条件基础,即干热风3要素表现为最高气温略降、14:00相对湿度略增、14:00风速明显减小的特征,3要素均向有利于减轻干热风发生的方向变化,对于冬小麦籽粒灌浆和产量形成是有利的。但灌浆成熟期内最低气温的显著升高,意味着气温日较差减小、小麦夜间呼吸消耗增大,对其干物质积累和产量形成带来潜在不利影响。     

土壤湿度与风速对沙尘暴发生的贡献程度分析

在沙尘暴研究中，大风和下垫面的土壤湿度是影响沙尘暴发生的两个重要因子，它们分别以数值形式定量记录，但这种定量因子与沙尘暴发生的定性特征之间难以建立联系，从而影响了沙尘暴的定量研究。利用内蒙古中西部地区二连浩特、乌拉特中旗和乌海等3个观测站点2001年4月至2004年4月的土壤湿度、风速及相应的沙尘暴记录资料，采用数量化理论Ⅱ这种可以将定性分析与定量分析相结合的方法，研究了沙尘暴发生时风速和土壤湿度对沙尘暴的贡献程度。结果表明：在不同地区、不同地貌的自然条件下，风速和土壤湿度对沙尘暴发生的贡献程度相差甚远，乌拉特中旗和二连浩特地区风速的贡献大于土壤湿度的影响，而对乌海地区来说，土壤湿度对沙尘暴的贡献要大于风速的影响。     

钢桁架-钢筋混凝土管柱结构风致响应试验研究

大跨长悬挑钢-混凝土高柔结构的动力性状决定了其风振系数不能采用我国规范中的方法来计算。制作气弹性模型进行了动力性状、脉动风作用下位移响应、加速度响应、扭转响应、气动力稳定性等问题的相关试验,计算得到了风振系数,分析了风速、风向角、风机、周围建筑物等因素对风振系数的影响,给出了风振系数的建议值。将试验结果与其他方法计算的结果进行了对比分析,结果表明,试验结果偏大,符合风洞试验原理。研究结果为工程设计提供了基础资料,可供同类工程参考。