华南地区登陆台风风场特征及风灾评估

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台风是一种破坏力强且影响广泛的自然灾害。华南沿海地区位于台风的频发地带,台风每年都会给该地区带来重大的经济损失以及人员的伤亡。另外,随着经济技术的快速发展,华南沿海地区不断地涌现出大批对风荷载极其敏感的高/超高层建筑。合理评估台风风场以及极值风气候特征是进行建筑抗风实践活动的基础。而我国现有建筑抗风知识体系中的相关研究依然存在不足。一方面,台风风场实测方面的工作起步相对较晚,观测数据不够系统和完善,台风风场特征的研究有待加强。另一方面,台风关键参数的区域性研究以及其气压场沿高度变化的细致化研究很少得到开展,有关台风灾害性评估结果的有效性有待验证。因此,本文基于布置在香港以及广东省境内多种测量设备所获得的台风实测数据,对华南沿海城市的台风风场特征及极值风速进行了精细化研究。首先,基于多普勒雷达风廓线仪以及地表气象站点的大量台风实测数据,对台风York全局化的风场特征开展了研究。本文对穿心台风York在整个垂直范围内的热力学和运动学结构特征进行了全面的分析。研究表明,台风热力学边界层的高度远小于通过最大风速所得到的动力学边界层高度;台风压力差的垂直剖面沿高度呈线性分布;台风两大关键参数最大风速半径(RMW)和Holland-B并没有正相关。另外,综合考察了近20个台风在不同来流方向的风廓线特征,并基于实测数据提出了一种类似于湍流风谱的垂直风廓线模型。结果发现,地形特征显著影响风廓线;梯度风高度在450m~1400m之间,平均边界层的风速越大,梯度风高度往往越低;所提出的风廓线模型形式简单,在整个垂直范围内与台风风廓线的拟合效果较好,能反映出台风低空急流的特征。其次,对台风的灾害性进行了评估。本文利用广东省境内86个国家气象站点的长期观测数据,对影响华南地区台风的台风关键参数进行了定量分析。建立了更精确的台风关键参数概率分布统计模型。另一方面,基于一种沿高度解析的气压场模型,对Meng风场模型进行改进,并利用台风实测数据对其进行模拟验证。最后,根据台风风场模型以及关键参数概率分布,采用Monte Carlo抽样模拟的方法预测出华南沿海城市不同重现期下的极值风速。研究发现,模拟得到的极值风速与中国规范存在着一定的差别。本硕士论文的研究内容以及相关成果将有效促进风工程领域台风模拟研究方向的发展,提高台风模拟精度,进而提高台风极值风气候评估质量,最终促进结构抗台风设计及其它与台风灾害相关的防灾减灾理论及实践研究的发展。
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