雷暴天气中产生的下击暴流强风荷载已在全世界范围内各个国家造成大量输电塔等工程结构物的破坏,为了提高结构抗下击暴流的能力,近三十年来,国内外结构风工程界的学者们使用多种手段对下击暴流的近地面风场及风荷载进行了广泛地研究。其中,试验室物理模拟只能获得类似下击暴流的简单流场,且费用较高。现场实测是最直接、最可靠的研究手段,但现场实测耗资大却效率低,目前已有的下击暴流风速记录极少。近年来,伴随计算机科学技术的迅猛发展,CFD数值方法已逐渐成为结构风工程界研究下击暴流近地风场及风剖面特征的主要方法。然而,下击暴流的CFD模型所需的大量关键初始出流参数,如射流的初始直径、初始速度及高度等都因无法实测获得而基于下击暴流的统计特征假定,导致实际下击暴流风荷载的研究进展很缓慢。本文立足于下击暴流工程研究的实际困难,提出了将气象数值模拟与CFD数值模拟相结合的混合模拟方法,即采用气象云模式基于实测的单探空资料,模拟研究产生下击暴流的强对流云在发生发展全过程中的气象场,为采用CFD数值方法对实际下击暴流近地面风场进行更精细地模拟提供考虑了云内复杂的动力、热力过程及详细微物理过程的初始条件和边界条件。首先开展了采用大气物理研究所开发的气象云模式基于探空站每天早晚八点实测的单探空模拟下击暴流这种小尺度的局地强对流天气发生发展过程的研究。三次实际下击暴流案例的模拟研究表明,云模式的模拟效果主要取决于时空分布过于稀疏的单探空条件,当实测的单探空距离下击暴流实际发生的时空距离较大时,云模式很可能由于初始探空条件不理想而导致下击暴流风场模拟失败。另外,模式的参数配置也直接影响模拟效果,针对不同的案例,需在大量模拟试验的基础上确定最优的时间步长和初始扰动。为了解决云模式模拟下击暴流时初始探空条件由于时空分布过于稀疏而不理想的问题,本文引入中尺度ARPS模式采用三重嵌套网格计算的水平1千米分辨率、竖向0.5千米分辨率的格点资料,为云模式模拟实际下击暴流提供加密的单探空条件。通过将实际下击暴流将要发生时对应时空位置的ARPS格点探空输出作为云模式模拟实际下击暴流的初始探空条件,较成功地模拟了武汉“6.22”下击暴流和广州“7.21”下击暴流。分析表明,ARPS模式采用三重嵌套网格计算的探空物理量是相对客观的,探空曲线不仅具有当天不稳定天气的基本特征,其与实测探空的差异还反映了天气随时间变化的特点。采用中-云尺度气象模式嵌套模拟的方法能克服单独采用云模式模拟下击暴流强对流天气过程的不足,实现对任意时间和地点发生的下击暴流强对流天气过程进行气象数值模拟。本文开展了采用提高网格分辨率的云模式模拟实际下击暴流天气过程的研究,以便适应高分辨率CFD数值模拟的初始数据密度要求。使用网格分辨率为250m*250m*250m的云模式基于实测单探空或ARPS格点探空分别模拟了武汉“7.27”下击暴流、武汉“6.22”下击暴流和广州“7.21”下击暴流。结果表明,提高云模式分辨率后,模拟的对流云底增高,对流过程加剧,最大上升速度和最大下沉速度增大,最大上升速度、最大下沉速度及最大地面风速都提前数分钟。250m*250m*250m分辨率的云模式还能模拟出对流云在发展过程中先后产生多个下沉单体的精细流场特征,其中较早产生的下沉单体由于降水粒子较少或下沉起始高度较高等原因未引起地面大风,最后产生下击暴流的强下沉气流一般都包含多个下沉中心,表现出多单体下击暴流的特征,且下击暴流产生的近地面风场的涡环结构更显著,与实际的风暴过程更符合。本文采用CFD数值方法基于250m*250m*250m分辨率云模式计算的下沉入口条件和边界条件,开展了实际下击暴流近地面辐散风场的混合模拟研究。研究表明,混合数值模拟的实际下击暴流近地面辐散风场分布极其复杂,与采用CFD数值方法基于假定的理想速度入口条件计算的风场差异显著。混合模拟计算的风场中不同位置的风速时程和风剖面都随时间不断发生变化,特别是在下沉气流打到地面的过程中,风剖面的最大速度迅速增大,最大速度所在高度迅速降低,但当各点的风速迅速增大到极大值后,风剖面的形状及最大速度值发生的高度都基本不再发生变化。下沉入口中强、弱下沉气流出流的角度范围及距离强下沉中心远近等是影响风场中不同位置竖向风剖面的最大速度值、最大速度所在高度及衰减趋势的重要因素。混合模拟计算的风剖面与现有的经验解析风剖面差异较大,现有的几种经验风剖面模型中与实际下击暴流相关的特征参数较少,无法同时兼顾实际下击暴流风剖面的多个重要特征,在今后风剖面解析模型的研究中可考虑增加主要特征参数的数量,使采用特征参数构造的竖向风剖面模型与实际下击暴流更符合。