台风作用下输电塔线风致响应的分析与研究

本研究旨在分析台风作用下输电塔线的风致响应,并提供相关工程设计和风险评估的依据。首先基于台风实测数据分析了输电塔线的紊流强度和阵风因子的影响,其次进行了结构响应分析和风洞试验研究,研究了输电塔线在台风条件下的位移、应变、振动等响应特征。同时,进行了风致响应的安全评估,并提出了相应的改进建议和措施,希望本文的研究结果可以为提高输电塔线的抗风能力和可靠性提供指导。

基于加卸载响应比理论的大坝台风作用效应计算方法

台风对大坝的作用包括台风引起的强降雨对大坝的影响、台风引起的库水位波动(波浪)对大坝的影响以及台风风荷载对大坝的影响等。基于加卸载响应比理论,通过对台风作用下的大坝效应增强和维持判据进行深入研究,提出了库水位加卸载响应比和波浪加卸载响应比的计算方法,给出了台风作用下大坝效应增强与维持判据的评判准则。利用上述方法和评价准则,对受2010年10号台风"莫兰蒂"影响的东坞水库进行分析,结果表明,东坞水库大坝受台风影响不大,大坝处于稳定状态。将加卸载响应比理论引入到水利工程领域,是对加卸载响应比理论的应用范围的拓展,也是研究台风作用下大坝稳定性的新思路。

台风作用下海上风电工程安全监测研究

随着我国海上风电工程的大量建成,其安全监测成为研究焦点,尤其在极端天气条件下应力状态的监测,对保障风电工程的安全性和可靠性至关重要。本文总结分析了台风"尼伯特"作用下福建莆田平海湾50 MW海上风电场1#机位的钢管桩应力监测、承台应力应变监测和倾斜监测,为海上风电工程的安全监测提供必要的经验数据,同时为其进一步优化改进提供可靠依据。

强台风作用下低矮建筑结构抗连续性倒塌方法

采用目前方法设计建筑结构抗连续性倒塌方法时,没有模拟低矮建筑结构的连续性倒塌过程,导致方法存在倒塌率高、相对失效概率高、位移检测误差大和失效时间长的问题。提出强台风作用下低矮建筑结构抗连续性倒塌方法,采用PKPM软件构建有限元模型,对建筑结构在强台风作用下的连续性倒塌进行模拟,获取相关数据,分析低矮建筑结构在强台风作用下的非线性静力与动力抗力需求之间存在的关系,由此实现低矮建筑结构抗连续性倒塌研究。实验结果表明,所提方法的倒塌率低、相对失效概率低、位移检测误差小和失效时间短。

高层建筑在台风作用下的模拟研究进展

在高层建筑抗风设计中,正确了解和评价台风对高层建筑的影响具有重要的理论和实用价值。目前,有关高层建筑在台风作用下的测量风场、地表风压和结构加速度响应的相关研究还比较少,为了计算精度的准确性,可采用实测模态成果验证后的有限元模型进行风效应的时程分析。本文从研究方法、研究内容等方面总结陈述了国内外学者在近几十年关于高层建筑在台风影响下对风致响应分析的研究进展。

超强台风丹娜丝对1323号强台风菲特极端降水的作用

利用地面观测资料、台风定位资料、ECMWF全球再分析资料等,采用TC降水天气图客观识别法(OSAT)、TC路径相似面积指数(TSAI)和气流轨迹模式HYSPILIT等方法,从2013年第23号强台风菲特在我国东南沿海引发台风暴雨的极端性分析及其成因诊断入手,揭示了双台风作用对极端暴雨的增强作用。结果表明:首先,强台风菲特给浙江带来了自1958年以来单站日降水排名第二的极端降水,余姚和奉化日降水量均为395.6 mm;"菲特"降水过程有两个明显的强降水阶段。其次,秋季强台风菲特登陆后之所以出现如此强度且持续的台风暴雨,与超强台风丹娜丝的存在密不可分。在强降水第一阶段,双台风作用促成了降水的极端性,"丹娜丝"向降水区域输送了约79.0%的水汽,对杭州湾南侧的强降水过程有重要贡献;在"菲特"强降水第二阶段,"菲特"的环流已经基本消散,超强台风丹娜丝与冷空气的共同作用主导了这一阶段强降水的发生。

台风作用下悬挂网壳风荷载特性的数值模拟研究

为研究悬挂网壳结构在台风作用下风载荷的分布特性,应用Fluent软件和计算流体力学(CFD)技术,基于SST k-ω湍流物理模型和田浦湍流强度对其在不同台风工况作用下的风荷载分布规律进行数值模拟。通过分析不同风向角、不同仰角时网壳上、下表面风压分布的规律,对比数值模拟结果与GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中风载体型系数,得到在台风作用时数值模拟的平均风压系数大于规范中风载体型系数值。该结果对此类大跨度空间结构抗台风设计有一定参考价值。

低层房屋和地基基础在台风荷载作用下的分析与试验研究

本文通过对浙江沿海低层民居受台风灾害的实地调查研究、模型试验和理论分析三个方面全面地分析了这类民居在台风荷载作用下的力学性能与破坏机理。为使理论分析模型与实际工程相一致，采用了上部结构、基础和土介质系统的共同作用分析。考虑到墙体与基础同时受竖向荷载和水平风载的共同作用，采用了平板壳单元。在墙的交接处，为使变形协调采用了罚单元。土介质采用有限压缩层法，用ＦＯＲＴＲＡＮ７７编制了程序，可供工程设计应用。为保证这类民居的强度储备足以抵御由台风脉动风振引起的振动影响，文中对内力分析，结构布置与构造等均提出了相应措施，对工程实践具有一定的实用意义。

1210号台风所致的持续性暴雨成因分析

应用常规气象资料、FY-2E卫星资料、加密自动站资料和NCEP FNL再分析资料,对2012年8月3—4日辽宁持续性暴雨的成因进行了分析。结果表明:此次暴雨过程是在热带、副热带、西风带"三带"系统共同作用下出现的。副热带高压的稳定维持,三台风的共同影响利于水汽和能量向辽宁输送,是此次暴雨过程水汽充分、暖湿空气条件好的原因;高空急流右后方辐散与低层东南急流左前方辐合叠加区域长时间在辽宁中、西部维持,动力上升作用得以发展和维持;1210号台风倒槽在辽宁长时间停留,强降水区移动缓慢。鄂霍茨克海阻塞高压使得西风带和极地冷空气共同影响辽宁。暖湿、冷干空气长时间在辽宁作用,对称不稳定维持和对流不稳定快速重建,中尺度对流云团不断发展形成持续性暴雨。

双台风生消过程涡旋能量、水汽输送相互影响的三维物理图像

重点研究"莫拉克"台风发展并登陆台湾,以及"天鹅"台风消亡阶段两者相互作用的问题。通过诊断分析发现"莫拉克"与"天鹅"移动过程存在双台风涡旋互旋、吸引与合并现象。采用双台风中心连线的垂直剖面移动坐标分析法可揭示出双台风涡度、风场三维结构,演变过程中双台风的涡度、动能强度呈反向变化关系,在双台风生消过程中,动能、位涡场分布存在显著"连体"通道特征。并揭示出双台风涡旋各自生、消过程水汽、动能可能存在的相互影响及其涡旋结构变化的内在关联。对"天鹅"消亡、"莫拉克"引发暴雨过程,采用Flexpart-WRF耦合模式模拟"质点群"轨迹,模拟结果再现了双台风生消阶段"天鹅"台风水汽"粒子群"向"莫拉克"低层气旋式输入通道,且在"莫拉克"涡旋高层反气旋式卷出的三维立体动态图像。通过剔除"天鹅"台风涡旋数值模拟试验进一步印证了"天鹅"台风趋于消弱过程其水汽、动能输送为"莫拉克"台风发展与维持做出了一定贡献。基于以上合成分析、轨迹和数值模拟技术综合分析提出了能揭示"天鹅"消亡、"莫拉克"发展过程能量、水汽输送相互影响的三维物理图像。

1614号超强台风“莫兰蒂”在浙江沿海降水预报偏小的原因

通过对1614号超强台风"莫兰蒂"在浙江沿海降水预报偏小的原因进行回顾,同时基于美国NOAA HYSPLIT4模式,对"莫兰蒂"水汽来源进行轨迹聚类,针对不同路径来源的水汽在"莫兰蒂"浙江沿海降水中的贡献差异进行定量分析,结果表明:数值模式对"莫兰蒂"路径预报偏西、降水预报偏小,直接影响了主观预报服务中降水强度和落区的判断,而数值产品对中纬度环流作用和浙江沿海台风倒槽的预报出现偏差,同时对1616号台风"马勒卡"路径预报偏东,导致主观预报忽略了"莫兰蒂"与其他天气系统的相互作用,影响了对降水动力和水汽因子的判断,也是降水预报偏小的原因之一。"莫兰蒂"水汽输送有3支气流,分别来自东北、东南和偏南洋(海)面,后2支气流为主要水汽来源,浙北沿海以东南向水汽输送最重要,对水汽和降水贡献高达70%以上,表现出1616号台风"马勒卡"对"莫兰蒂"在浙北沿海降水的重要作用,而浙南沿海台风本体的偏南气流与"马勒卡"的东南气流的水汽输送作用相当。可见台风降水预报中,需要密切关注台风环流与其它天气系统以及双台风间的相互作用。

双台风“玛娃(2005)”和“古超(2005)”移动路径与强度的伴随敏感性分析

本文利用WRF模式及其伴随模式研究了2005年发生在西北太平洋的一对双台风玛娃和古超的移动路径与强度的伴随敏感性特征,一方面探讨了环境场对双台风的影响,另一方面也讨论了双台风之间的相互影响过程的差异.首先,利用双台风初始化技术准确地模拟了双台风的演变过程,并以此模拟结果为背景场计算了台风的中心扰动气压和引导气流的伴随敏感性.研究结果表明:伴随敏感性不但能反映环境场对双台风的影响,还能指示双台风之间相互影响过程的差异.从台风强度的敏感性来看,影响台风强度变化的高影响区均位于台风中心附近,弱台风古超的强度敏感性的量级要大于强台风玛娃的强度敏感性,表明双台风中较弱的那个更容易受到外部环境变化的影响.台风引导气流的敏感性分布也存在较大差异,强台风玛娃的移动主要受到其西北侧的高空槽,其自身环流以及台风古超的影响,而弱台风古超的引导气流的敏感性主要位于其自身环流附近以及双台风之间的区域.最后,通过在理想试验中增加初始时刻高空槽的强度以及弱台风古超的强度,证实了台风玛娃的移动路径的变化与伴随敏感性的分析一致.

河套地区2次暴雨天气过程对比分析

利用MICAPS常规资料和自动站资料,对2008年7月30～31日和8月15～17日发生在河套地区的2次局部暴雨天气过程进行对比分析,结果表明:2次暴雨天气过程的影响系统不同,7月30日是700hPa暖式切变线、台风外围西南急流、地面倒槽,而8月15～17日是高空中小尺度的暖式切变线和地面中低压;台风"凤凰"登陆后,与副高脊之间形成1支超地转的东南低空急流并在其左侧形成1支西南急流,2支水汽源源不断地输送到河套地区是造成7月30日暴雨的重要原因;环境风场的垂直切变特征对强对流的发生发展有重要影响;0℃层高度与-20℃层高度差在2～3km、850hPa与300hPa的温差>40℃、K指数大于32℃、CAPE(1200J/kg都是强对流天气发生的重要指标;高低层散度的数值大小以及在空间上的配置与暴雨的发生有较好的指示作用。

“狮子山”奇异路径及业务预报着眼点的初步分析

利用热带气旋业务资料、数值模式分析场等产品从大气环流、双台风作用角度简要分析了1006号强热带风暴"狮子山"奇异路径的形成原因,结果表明同时存在的热带气旋"南川"和"圆规"所产生的双台风作用对"狮子山"路径有重要影响,并针对业务中的预报着眼点进行了分析和讨论。

“21·7”豫北极端暴雨天气成因分析

利用常规观测、地面加密资料和欧洲细网格等产品,对2021年7月2123日豫北极端暴雨天气过程的天气学成因进行了分析。结果表明:副热带高压、大陆高压、低涡和台风等多种天气系统为极端暴雨提供了稳定的环流背景。高层强辐散、中低层辐合形成强烈的垂直上升运动,加之深厚的湿层,使水汽、热量垂直输送加剧,对天气系统的发展有促进作用。持续加强的偏东风和超低空急流给豫北地区带来充沛的水汽和暖湿不稳定能量;绝对湿度厚度的增加、极大的整层可降水量在豫北形成极高的降水效率;地面中尺度气旋、辐合中心和边界层辐合线的形成、维持与阶段性强降水有很好的对应关系;风场辐合区出现的时刻提前于强降水出现时刻,可根据地面加密风场辐合中心、辐合线位置及其移动方向推断强降水落区。太行山脉对气流的阻挡及强迫抬升作用引起中低层的闭合环流,为强降水系统长时间维持提供有利条件,并对降水有明显的增幅作用,强降水区域出现在太行山东麓30到50 km范围。