玉屏厂址地区龙卷风参数估算与分析

利用玉屏核电站厂址周围3个经纬度区域范围内1950-2021年期间的龙卷风调查资料,采用富士达F等级划分法评定龙卷风级别,按照《核电厂厂址选择的极端气象事件（HAD101/10）》的规定,估算出核电站设计基准龙卷风相关参数和设计基准等级。结果表明：玉屏核电站厂址区域设计基准龙卷风最大风速估算值为63.9m/s（对应10-7概率值）,总压降为29.5hPa,压降速率为7.1hPa/s,最大旋转风速为51.8m/s,最大平移速度为12.1m/s,设计基准等级为F2。计算结果为项目设计和建设提供重要理论参考依据。     

湖北大畈核电站周边地区龙卷风参数的计算与分析

通过气象站记录、灾害大典、气候影响评价等多种途径,收集了核电站周边地区的300 km×300 km区域1956—2000年间的龙卷风资料,并根据《核安全导则汇编（上册）》规定的方法详细计算了龙卷风各个参数间的关系,最后给出核电站的龙卷风设计基准参数,即最大风速为70 m/s（对应概率为1×10-8）,平移速度13.5 m/s,旋转半径206 m,最大气压降9.9 hPa,设计基准等级为F3级,这些结论已在设计部门得到应用。     

基于核安全导则推荐方法的京津冀龙卷风灾害评估

本文根据美国《建筑和其它结构最小设计荷载》中t秒平均最大风速与1h平均最大风速的比值公式,推导出EF级别和F级别风速测量标准间的转换方法,将京津冀1956—2016年122个龙卷风个例由EF等级转化为F等级,再按照《核电厂厂址选择的极端气象事件》HAD101/10中推荐的龙卷风风险评估方法,对京津冀龙卷风风险度进行了定量评价,结果表明:京津冀122个龙卷风个例的风程1/4mile平均最大风速均比3s平均最大风速低,平均偏低2.1m·s~(-1),风速越大,两者差距越小;122个龙卷风个例分布在F0到F3共4个等级中,F0等级31个,F1等级78个,F2等级12个,F3等级1个;京津冀龙卷风发生次数最多依次为天津、唐山和张家口市,分别为21、21和14次,强龙卷发生最多的是廊坊市(3个),衡水、承德、保定、北京4个市没有发生过强龙卷;京津冀发生超越EF1、EF2、EF3、EF4等级龙卷风重现期分别为5.8、10.1、20.2、49.5a,发生超越F1、F2、F3、F4等级龙卷风重现期分别为4.9、13.8、38.5、130.7a;京津冀一年中单位面上(1km~2)10~(-7)概率水平对应的龙卷风设计基准风速为73.4m·s~(-1)。     

上海地区沿海（江）岸非汛期不同重现期最大风速估算

非汛期不同重现期最大风速是沿海(江)岸堤防设计标准、工程安全性和投资成本估算的一个重要参数。文中基于上海崇明、宝山、南汇、奉贤和金山5个沿海(江)岸气象站历史风速观测资料和横沙岛测风塔10 m高度逐日最大风速资料,采用极值I型分布估算了上海地区沿海(江)岸非汛期(1—5月和10—12月)各风向不同重现期最大风速。结果表明,上海地区沿海(江)岸非汛期的最大风速以W风最大,SW风最小。沿海(江)岸非汛期50 a一遇最大风速为23.3—28.3 m/s,小于上海地区基准风速(30.0 m/s)。各地非汛期不同风向50 a一遇最大风速的最大差值为3.4—8.1 m/s,同一重现期各地沿海(江)岸10 m高度最大风速极值也相差较大。崇明区域非汛期沿海(江)岸最大风速最大,其次是南汇区域,宝山区域最小。上海地区最大风速一般都出现在沿海地带,其分布与上海实际地理、地表状况相符。     

东山县风压分布特征

依据东山县1961～2005年地面年最大风速观测资料,计算了历年地面最大风压的年际分布及极大风压垂直分布,结果发现东山地面极大风压为68.2 kg/m2;到离地面60 m高处风压倍增;到100 m高处达177.9kg/m2 ,相当于52 m/s超强风暴的破坏力.     

东山县风压分布特征

依据东山县1961~2005年地面年最大风速观测资料,计算了历年地面最大风压的年际分布及极大风压垂直分布,结果发现:东山地面极大风压为68.2 kg/m2;到离地面60 m高处风压倍增;到100 m高处达177.9kg/m2,相当于52 m/s超强风暴的破坏力。     

龙海风压时空分布特征

利用龙海1959～2005年地面10 min平均年最大风速资料,计算分析了历年地面最大风压的年际分布及同期内的极大风压的垂直分布,结果表明离地面10m高处的极大风压为49.0kg/m2;50m高处风压可增大到93.3kg/m2;100m高处风压可达到123.2kg/m2,相当于44m/s强风暴的破坏力.     

龙海风压时空分布特征

利用龙海1959~2005年地面10 m in平均年最大风速资料,计算分析了历年地面最大风压的年际分布及同期内的极大风压的垂直分布,结果表明:离地面10 m高处的极大风压为49.0 kg/m2;50 m高处风压可增大到93.3 kg/m2;100 m高处风压可达到123.2 kg/m2,相当于44 m/s强风暴的破坏力。     

建筑风环境气候可行性论证实例分析

利用流体力学技术进行气候可行性论证建筑风环境模拟标志着大型工程的气象保障服务正朝着越来越专业和精细化的方向发展。以江西某新建火电厂气候可行性论证为例,提出了一个采用就算流体力学(CFD)方法对项目场址风环境进行有效模拟的技术流程,在考虑建筑物分布时分别以当地50 a一遇的10 min平均最大风速、30 a一遇的10 min平均最大风速作为入流进行模拟,计算得出场址区域的极端风速最大值和最大风压、排气筒出口处的平均风速。以代表气象站30 a一遇的10 min平均风速作为入流条件场对场址的风环境状况进行了模拟,10 m高度处风速为1.4 m/s,210 m高度处为2.3 m/s,240 m高度处为2.4 m/s。这些本地化风参数对火电厂项目中高耸建筑抗风设计、大气污染影响预测具有重要的参考作用。结合实例对模拟方案中的主要技术要点进行了归纳总结,可为重大建设工程项目气候可行性论证中开展精细化风环境模拟提供科学有效的技术支持。     

基于互相关的小型化低功耗超声波风速风向仪设计

超声波风速风向仪具有无转动部件,响应快,精度高的优点,但体积大、功耗高、成本高成为限制超声波风速风向仪广泛使用的主要因素。为了便于超声波风速风向仪的推广和使用,本文采用国产FPGA(Field Programmable Gate Array)并结合FIR(Finite Impulse Respond)滤波器以及互相关检测算法设计了一款超声波风速风向仪,探头之间的距离仅为80 mm,感风面积仅为传统超声波风的1/10,使得省级风洞均可计量检定。整机经过风洞实测,每秒钟可完成50次风速风向测量,在0～5 m/s时风速最大测量误差为±0.3 m/s, 5～20 m/s时风速最大测量误差为±0.5 m/s, 20～30 m/s风速测量最大误差为±5%,稳定风速下风向测量最大误差为±1°以内,总功耗为0.2 W(仅为传统超声波风功耗的1/20)。通过实测数据发现,FPGA结合数字滤波及互相关检测算法相比于传统的DSP(Digital Signal Processor)超声波风速风向仪能明显缩小体积,降低成本功耗。     

On calculation of wind speed in tornado

A formula is obtained for calculation of wind speed in tornado, as proportional to the speed of convective updraft. Results are presented of wind speed calculation using the formula for 57 tornadoes observed at different time and in different regions of the world. Possibilities are shown of tornado wind speed forecasting taking into account criteria of tornado danger of the Cb clouds.     

中国龙卷时空分布及其环境物理量特征

利用2004—2012年《中国气象灾害年鉴》和CFSR再分析资料,研究中国龙卷的时空分布以及三个龙卷频发区的环流背景场和环境物理量特征,并比较他们之间的区域差异。结果表明:中国龙卷多发生于春夏季,午后傍晚较多,江苏和广东等平原地区出现龙卷概率最高。龙卷临近时,“江苏及其邻近地区”位于500 hPa槽前,850 hPa上有西南急流,造成了较强的低层垂直风切变;“广东及其邻近地区”在龙卷发生前地面对流有效位能均值达997.3 J/kg,0~1 km螺旋度均值达91 m2/s2,层结不稳定,动力抬升强;“东北地区”受深厚东北冷涡控制,整层水汽含量低,中低层比湿均值小于10 g/kg。通过比较环境物理量平均场的分布特征发现:螺旋度、垂直风切变、能量螺旋度指数和强龙卷参数对分析龙卷发生有很好的指示意义。“东北地区”对流有效位能和比湿均值远低于“江苏及其邻近地区”和“广东及其邻近地区”,但高低空的温度直减率大、中低层的垂直风切变强,该地区也会产生龙卷。      

2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析

2017年8月11日下午,三个EF4级龙卷袭击了内蒙古自治区赤峰市的地形复杂地区,造成5人死亡,58人受伤。这是1961年以来中国有记录的最强山地龙卷事件。首先给出了此次龙卷过程的灾情调查结果,接下来分析了此次龙卷母体风暴-龙卷超级单体产生的天气背景、关键环境参数以及多普勒天气雷达观测特征。本次龙卷事件发生在东北冷涡东南象限的地面锋前和干线向湿侧发展处,CAPE(对流有效位能)值为1 800 J/kg,0～6 km风垂直切变为12.9 m/s,0～1 km风垂直切变达到10.8 m/s;同时,0～1 km相对风暴螺旋度达到67.3 m²/s²,接近美国龙卷发生环境的中位数,有利于超级单体龙卷的发生。现场灾害调查发现,灾害路径具有多涡旋和不连续的特点,可能与当地的复杂地形有关。基于多普勒天气雷达相对径向速度图识别出三个龙卷涡旋特征(TVS),TVS径向速度差最大达到38 m/s。三个龙卷及对应TVS出自同一个超级单体的同一个中气旋,其中两个TVS出现时间重叠。     

Analysis of meteorological conditions for the base of marine sports in the 26th Summer Universiade in Shenzhen in 2011

Based on the real-time wind direction and speed data from an automatic meteorological monitoring network in Shenzhen, the wind characteristics of Jue Diao Sha maritime area are analyzed. As indicated in the results, the wind speed of this area is higher than that over the land, the average wind speed is above 3 m/s and the probability for the maximum wind speed to drop below 20 m/s is above 90%. Moreover, the probability for the hourly swing angle of wind direction to become less than 50o is above 80%, suggesting that the wind conditions in the Jue Diao Sha area could meet the requirements of the sporting events. According to the numerical simulation, this area is the best selected site among three candidates. Furthermore, the characteristics of daily land and sea breezes are such that it is suggested the game will be best carried out from 1000 to 1700 Beijing Standard Time.     

Tornado climatology of Austria

After several decades of little work, a revised tornado climatology for Austria is presented. Tornadoes seldom form in the alpine areas, however, near the eastern flanks of the Alps, favourable conditions for tornado genesis are found. Whereas in the alpine regions less than 0.3 tornadoes per 10,000 km² a year touch down (averaged for provinces or major parts of a province), we can count 0.9 in the greater Graz area, 1.0 in the greater Linz area and 1.2 tornadoes per 10,000 km² a year in the greater Vienna area, suggesting the existence of so-called tornado alleys. As these regions are the most populated areas of Austria, there is a possible population bias in the dataset. The overall average for Austria is 0.3 tornadoes per 10,000 km² a year.The database consists of 89 tornadoes, one landspout and six waterspouts, with a total of 96 events. The seasonal peak is in July with a maximum probability of tornadoes in the late afternoon and early evening hours. Every fifth tornado occurs in the hour after 5 p.m. The maximum intensity determined for a tornado in Austria was T7 on the TORRO-Scale (F3 on the Fujita-Scale), the most common intensity is T2 on the TORRO-Scale (F1 on the Fujita-Scale).     

龙卷风与旋衡风的动力学分析及其统一认识

通过对旋衡风的受力分析,验证旋衡风遵守的基本物理原理:即旋衡风旋转的气流具有的离心力与其所承受的气压梯度力平衡。提出了龙卷风与旋衡风的统一认识:即龙卷风是旋衡风超高速旋转的极端存在形式。依据旋衡风所遵守的基本原理对龙卷风(或旋衡风)建立物理模型,根据该模型对龙卷风的角速度、密度以及其旋转气流层半径进行了参数化描述。依据龙卷风的模型分析探索龙卷风的压强差梯度场,得到龙卷风中心到边缘距离的气压变化值与龙卷风半径及其旋转气流层的角速度、密度的关系,并提出相关计算的数学表达式,以及龙卷风具有的能量与龙卷风旋转气流层各参数的关系。龙卷风及旋衡风的旋转运动还受其本身角动量守恒的制约,并论证了龙卷风旋转气流层的密度与半径以及角速度的关系。     

核电站周边地区龙卷风时间分布与灾害特征

通过气象站记录、灾害大典、气候影响评价等多种途径,收集到湖北通山核电站周边300km×300km区域范围内1956-2000年龙卷风资料,对龙卷风的时间分布和灾害特征进行了分析。结果表明：龙卷风有明显的时间分布,一年中主要集中在夏春季,以7月、4月最多;一天中,午后至傍晚最多;龙卷风平均持续时间为17min;近45年,1976～1985年这10年中龙卷风出现最频繁;龙卷风出现时,蒲福风力等级一般在10级以上,平均12～13级,最大17级,富士达风力等级平均F1级,最大F3级,风速约70m·s^-1;龙卷风从NW→SE向移动的频次最多;龙卷风影响宽度一般在0．5km内,平均带长为10．0km;龙卷风灾害呈并发性,主要是风灾,往往伴有冰雹、暴雨、雷击及飞射物,使灾害加重。     

Laboratory Study of Topographic Effects on the Near-surface Tornado Flow Field

To study topographic effects on the near-surface tornado flow field, the Iowa State University tornado simulator was used to simulate a translating tornado passing over three different two-dimensional topographies: a ridge, an escarpment and a valley. The effect of the translation speed on maximum horizontal wind speeds is observed for translation speeds of 0.15 and 0.50 \(\hbox {m}\,\hbox {s}^{-1}\), with the lower value resulting in a larger maximum horizontal wind speed. The tornado translation over the three topographies with respect to flat terrain is assessed for changes in: (a) the maximum horizontal wind speeds in terms of the flow-amplification factor; (b) the maximum aerodynamic drag in terms of the tornado speed-up ratio; (c) the maximum duration of exposure at any location to high wind speeds of a specific range in terms of the exposure amplification factor. Results show that both the maximum wind amplification factor of 14%, as well as the maximum speed-up ratio of 14%, occur on the ridge. For all topographies, the increase in aerodynamic drag is observed to be maximized for low-rise buildings, which illustrates the importance of the vertical profiles of the horizontal wind speed near the ground. The maximum exposure amplification factors, estimated for the range of wind speeds corresponding to the EF2 (50–60 \(\hbox {m}\,\hbox {s}^{-1}\)) and EF3 (61–75 \(\hbox {m}\,\hbox {s}^{-1})\) scales, are 86 and 110% for the ridge, 4 and 60% for the escarpment and ? 6 and 47% for the valley, respectively.