中国东南近海台风近地层湍流特性研究

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我国东南近海每年都会遭受台风的影响。台风造成的大风和降水不仅会给沿海地区人民的生活带来影响,还会影响近海地区风工程以及结构建筑的安全。三维超声风速温度仪资料可以用来计算风攻角、三维阵风因子以及湍流强度、湍流积分尺度、湍流谱等参数。因此本文利用中国东南近海沿海及海上多座测风塔超声风速温度仪实测资料,经过无效数据和野点处理、坐标转换、去倾处理后,对影响东南近海的多个台风个例的湍流特性进行分析。主要结论如下:  (1)受台风影响水平风速的变化有单峰型和双峰型,变化类型与台风中心相对测风塔的位置有关。风速风向均有较大的变化,风向偏转一般都在100°以上。台风影响期间以上升气流为主,台风中心经过时有明显的下沉气流。  (2)阵风因子随高度增加而减小,台风影响下陆上测风塔纵向阵风因子平均值一般在1.2以上,海上则低于1.2。在台风云墙区或眼壁影响下风速很大时阵风因子较小,台风外围影响下阵风因子随风速增大而减小。  (3)湍流强度亦随高度增加而减小,湍流强度在台风靠近测风塔前外围环流影响时有明显的增加,受台风云墙影响风速增大湍流强度有所减小,台风远离测风塔后后则与风速变化一致或变化不明显。台风影响期间的湍流强度并不比冷空气影响下或正常天气条件下大。陆上测风塔75m和95m湍流强度有横向大于纵向出现,不满足纵向大于横向大于垂向这一规律;海上测风塔不同个例则均满足纵向大于横向大于垂向这一规律。同一个台风影响下,相隔很近的海上与陆上的两个测风塔湍流强度的值有很大不同,陆上远大于海上。不管海上和陆上,不同台风影响下湍流强度横向与纵向之比均大于规范推荐的0.7,垂向与纵向之比接近规范推荐的0.5。  (4)积分尺度则随高度增加而增大,台风影响下海上测风塔空间积分尺度近似与台风强度呈正相关关系,即台风强度越强,空间尺度越大。在海上极值大风阶段空间尺度较大,而陆上测风塔则在极值大风阶段空间尺度较小。同一个台风影响下相隔很近的海上与陆上的两个测风塔空间积分尺度的值有很大不同,海上大于陆上。强度较弱的台风其空间尺度的变异系数越大。  (5)陆上台风与冷空气极值大风期间各高度湍流谱均存在经典的惯性区间,在惯性副区满足各向同性且谱曲线满足-5/3斜率分布。海上台风个例在极值大风期间也满足这一个规律,但一些个例发现在台风外围环流或眼壁区影响时的小风阶段不满足这一规律。
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