臺風“浣熊”近地風特性研究

鞏一達

【摘 要】本文基于浦東國際機場附近的同濟大學實測基地獲取了臺風“浣熊”影響下的近地風速，研究了“浣熊”臺風影響下格構式塔架結構的近地脈動風速隨平均風速的變化規(guī)律，同時得出在“浣熊”臺風作用下，脈動風速概率密度函數(shù)與高斯分布曲線吻合較好。

【關鍵詞】臺風；“浣熊”；脈動風速；平均風速；概率密度分布

0 引言

經(jīng)調(diào)查文獻[1]，全球每年由風災引起的損失高達數(shù)百億美元，而我國東南沿海部分位于臺方風高發(fā)區(qū)域，每年都會造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。針對此種現(xiàn)狀，同濟大學土木工程防災國家重點實驗室和上海機場建設指揮部合作建立了風荷載現(xiàn)場實測基地，用于實地測量浦東機場附近地區(qū)的強風特性。通過長期的積累風速數(shù)據(jù)，可以為以后的結構抗風設計提供足夠的實測數(shù)據(jù)支持。

本文基于“浣熊”臺風作用下上海浦東近海岸邊10m高度的風速數(shù)據(jù)，之后對平均風速、風向角、脈動風速變化以及概率密度函數(shù)做出統(tǒng)計與整理。

1 現(xiàn)場實測概況

1.1 臺風“浣熊”介紹

本課題組通過實測基地在2014年第8號臺風“浣熊”于7月4日上午在西北太平洋洋面上生成，隨后四度加強由熱帶風暴變?yōu)槌瑥娕_風，并于7月9日5時衰減成臺風。“浣熊”的詳細路徑如圖1。

1.2 試驗儀器及設備介紹

實測基地位于北緯：31°11'46.36"；東經(jīng)：121°47'8.29"，緊鄰海面，四周地面空曠?；貎?nèi)建造有一座40米高的格構式鋼管塔；根據(jù)實測的要求，將三維風速儀安裝在格構式塔架10m高度處，定義正北方向的來流為0°風向角，并按俯視順時針方向遞增。定義豎向風向角仰角為正，俯角為負。

2 平均風速和風向

按照我國規(guī)范[2]的規(guī)定時距（ 10 min） 將數(shù)據(jù)進行分割處理，之后采用“矢量分解法”[3]，可以得到臺風“浣熊”影響下10m高度處風速儀采集數(shù)據(jù)的平均風速、平均風向。

圖2給出了上海浦東機場附近在臺風“浣熊”影響下10m高度處平均風速及風向角隨時間變化圖形。從圖中我們可以看出在7月8號21點左右有明顯的風速上升段，然后之后平均風速一直維持在8m/s以上，而風向角從一開始就維持在30°左右，之后略微下降直至到7月9號凌晨4點左右風向角為0°，平均風速在凌晨2點左右達到峰值約9.8m/s，在7月9號15點左右，風速開始下降而風向角也隨著風速下降由北向東轉變。

3 脈動風速以及風速概率密度分布

3.1 脈動風速

圖3給出了“浣熊”臺風作用下，脈動風速隨平均風速的變化規(guī)律，從圖中我們可以觀察出，脈動隨平均風速一般均隨平均風速的增大呈線性增大趨勢，同時順風向脈動風速峰值為2.5m/s，橫風向脈動風速峰值為2m/s，順風向的脈動風速在同一平均風速條件下要大于橫風向脈動風速。

3.2 脈動風速概率密度分布

圖4給出了10米高度處“浣熊”臺風影響下兩個10min時段的脈動風速概率密度分布散點圖以及利用矩估計得到的高斯函數(shù)曲線。通過觀察10m高度處不同風速作用下的脈動風速概率密度分布函數(shù)與高斯分布曲線吻合較好，這與文獻[4]關于臺風“Maemi”得到的結論一致。

4 結論

本文根據(jù)浦東實測基地測得的2014年第08號臺風“浣熊”影響下的浦東地區(qū)近地風速，研究了10米高度處近地風特性，并得到如下結論：

（1）脈動風速隨著平均風速的增大呈線性增大，順風向的脈動風速在同一平均風速下大于橫風向脈動風速，且增長速率大于橫風向脈動風速；

（2）“浣熊”臺風影響下，脈動風速的峰值不發(fā)生在平均風速的最大值處，脈動風速峰值一般出現(xiàn)在平均風速最大值的80%處；

（3）同一高度不同風速下，三方向的脈動風速概率密度分布函數(shù)與高斯分布曲線吻合較好。

【參考文獻】

[1]黃鵬，陶玲，全涌，顧明.浙江省沿海地區(qū)農(nóng)村房屋抗風情況調(diào)研[J].災害學，2010，25（4）：90-95. Huang Peng， Tao Ling， Quan Yong， Gu Ming.Investigation of wind resistance performance of rural housesin coastal areas of Zhejiang Province[J].Journal of Catastrophology，2010，25（4）：90-95

[2]中華人民共和國建設部.GB 5009 - 2001 建筑結構荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]項海帆.現(xiàn)代橋梁抗風理論與實踐[M].北京：人民交通出版社，2005.Xiang Haifan. The theory and practice of modern bridge wind resistance[M].Beijing： China Communications Press，2005.

[4]Cao S. Y.，Tamura Yukio，Kikuchi N.，et al..Windcharacteristics of a strong typhoon[J].Journal of WindEngineering and Industrial Aerodynamics，2009，97：11- 21.

[責任編輯：楊玉潔]