龙卷风的风强分析与极值推断

本文采用1955－1997年影响盐城市的龙卷风资料,按富士达F等级定义龙卷风风强分类级别,对盐城市受袭击点的破坏程度进行风强分级,并分析各个时段龙卷风风强等级的频数。应用耿贝尔极值分布理论,对影响盐城市的龙卷风风速极值进行统计推断,获得1％风险度龙卷风风速极值,以及各种特定重视期间的极值。     

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)。     

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。     

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。     

一次强龙卷风过程破坏力的估计

估计了 1 975年 6月 7日山东省栖霞县一次强龙卷风的环流参数 :最大风速可达6 2m·s-1,最大平移风速 1 2m·s-1,最大旋转风速 50m·s-1,总压力降为 2 7 5hPa。对龙卷风产生的极强的瞬时荷载、强烈的旋转扭曲、突然压力降及飞射物造成的破坏力进行了估计。     

青藏高原东边缘山区极值风速推算方法的研究

利用1971—2001年青藏高原东边缘地区12个气象台站风资料,分析了影响极值风速的主要因子,通过对地形的参数化处理,建立了极值风速随海拔高度和地形参数变化的拟合模型,可推算该地山区的极值风速,并利用山区临时观测资料对拟合模型进行了检验。结果表明,利用引入地形参数所建立的极值风速拟合模型来推算山区极值风速具有一定的可行性。     

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。     

湖北浠水核电站周边地区龙卷风特征

根据湖北省浠水核电站周边300 km×300 km区域范围内1964—2007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,一年之中主要集中在春、夏两季,秋、冬季无龙卷风发生,以7月最多;一天之中,午后至傍晚最多,集中在16：00—18：59之间,龙卷风平均持续时间27 min。近44年,21世纪头7年中龙卷风出现最为频繁。龙卷风出现时,蒲福风力等级一般在10级以上,集中出现在12级;富士达风力等级集中出现在F0、F1级,F2级以上出现的几率较小。龙卷风多以自西向东方向移动,影响宽度平均1.20 km,平均带长21.66 km。龙卷风灾害主要是风灾,往往伴有冰雹、暴雨、雷击,破坏力极强。     

福清核电厂厂址区域龙卷风设计基准参数的估算

基于1959～2017年福清核电厂区龙卷风的调查资料,采用Rankine涡模型估算该区域超过某一特定风速的概率分布,通过概率值导出设计基准龙卷风和基准设计风速,按照压降模型计算出龙卷风的压降,研究结果表明:福清核电评价区域龙卷风的总压降为4.29 kPa;平移速度13.8 m/s,最大旋转风速57.6 m/s,最大压降速率为1.18 kPa/s,基准设计风速为71.4 m/s,属于F3级别的龙卷风;在125 kg下落的穿甲弹类和2.5 cm实心钢球两种不同情景下计算出的龙卷风产生的飞射物的最大水平碰撞速度均为24.99 m/s、碰撞动量依次为3123.75 kg m s?1和1.615 kg m s?1。这些计算结果,从龙卷风的角度,为政府相关部门在规划和建设福清核电厂时提供了可靠的理论依据。     

IEC的风机选型参数估算方法在中国的适用性研究

国际电工委员会编制的《风力发电机组设计要求》(IEC 61400-1)推荐了针对风电机组安全等级评估的极端风速和湍流强度特征值估算方法,因其简单便捷,在风电领域被广泛采用。利用全国风能资源专业观测网的193座测风塔观测数据,对IEC推荐的极端风速计算方法与我国规范推荐的基于极值I型概率分布方法进行比较,发现两种方法计算的193座塔70 m高度层50年一遇10 min平均最大风速,仅有7座测风塔较为一致,差异在±1%;IEC推荐方法的计算结果多数偏小,其中偏小10%以上的测风塔有121座,偏小30%以上的有44座测风塔,而偏大10%以上的只有9座测风塔;IEC方法计算的极值风速大幅度偏小的测风塔主要分布在台风影响的东南沿海地区,偏差较小的测风塔主要分布在西北和华北地形平缓区域,但同时偏大10%以上的测风塔也多分布在这一地区。以目前行业领域普遍采用的以15 m·s~(-1)风速的平均湍流强度作为风电机组选型指标,与严格按照规范,以15 m·s~(-1)风速段所有样本湍流强度的90%分位数处的值作为指标进行风电机组等级确定作对比,发现193座塔中有46座塔的选型是不安全的,甚至相差两个等级。     

豫东南龙卷风时空分布和灾害特征

查阅中国气象灾害大典、年鉴、全国与河南省气候影响评价等文献,对豫东南区域1949-2011年30次龙卷风的历史记录逐个进行了时空分析和富士达分级：63a来发生于6、7月份的龙卷风占总次数的2/3;20世纪80年代集中发生在1984、1986两年,90年代仅1990、1993年没有发生,21世纪前10 a主要是2005年的三次（均为F1级）。有24个县（市）曾有龙卷风光顾过,发生最多的汝南和潢川曾遭遇过5次龙卷风袭击,其他县（市）分别出现1～4次不等。灾害特征是较低级别的F0和F1等级较多,F2等级较少,但发生的概率和强度等级均高于豫西。     

豫东南龙卷风时空分布和灾害特征

根据中国气象灾害大典、年鉴、全国与河南省气候影响评价等文献,对豫东南区域1949-2011年30次龙卷风的历史记录逐个进行了时空分析和富士达分级：63 a来发生于6、7月的龙卷风占总次数的2/3;20世纪80年代集中发生在1984年和1986年,90年代仅1990、1993年没有发生,21世纪前10 a主要是2005年的3次（均为F1级）。有24个县（市）曾有龙卷风光顾过,发生最多的汝南和潢川曾遭遇过5次龙卷风袭击,其他县（市）分别出现1～4次不等。灾害特征是较低级别的F0和F1等级较多,F2等级较少,但发生的概率和强度等级均高于豫西。     

最大风速变化特征及再现期极值估算

利用枣庄市1971~2008年各月10 min最大风速资料,对枣庄最大风速统计分析。发现38年中枣庄春季、夏季、秋季、冬季和全年的最大风速都呈下降趋势,年最大风速以每10年1.47 m/s的幅度下降,冬季下降最快,达到每10年降低1.67 m/s,夏季、秋季降低幅度很接近,都小于年平均最大风速降幅,春季最大风速下降最慢,且最大风速极值主要出现在春季。枣庄各月最大风速变化曲线呈递减的"两峰两谷"形。用柯尔莫哥洛夫方法对耿贝尔分布函数进行拟合优度的检验,其显著水平达到0.05,因此利用耿贝尔分布函数估算出枣庄未来若干年的最大风速极值,以满足生产建设规划与设计中对最大风速极值的要求。     

2015年10月4日佛山强龙卷风灾害过程浅析

受1522号台风"彩虹"外围螺旋云带影响,2015年10月4日15:28—16:00佛山市出现了强龙卷风并对多个镇街造成严重灾害。通过灾害现场调查、多普勒雷达观测、群众走访、视频影像等资料,综合比对分析龙卷风的特征,结果表明:该次龙卷风过程发生在台风"彩虹"外围螺旋云带中,发生时的台风中心距离佛山350 km;龙卷风影响时间约为32 min,路径长度为31.7 km,平均时速约为60 km/h,强度达F2级,属于强龙卷,具有"移动速度快、影响范围广、风力破坏强"的特点。     

第16届亚运会帆船赛区强风概率推算

利用广东省汕尾甲子屿海岛测风站2008年11月逐时风速资料,分析了第11届亚运会帆船赛区11月份的风况特征,并根据汕尾气象站同时期的风速资料,通过相关性检验建立了大风样本的比值关系。根据汕尾气象站1966~2009年的历年11月份测风资料,构建了最大风速极值序列。利用极值I型概率分布函数推算了汕尾气象站11月份的各等级强风出现概率,再利用相关比值法和风速随高度变化幂指数律将结果推算至帆船赛区10 m高度。结果表明:帆船赛区11月份的主导风向为ENE,其次为NNE,静风频率为0;海面10 m高度出现帆船比赛中断风速的概率约为0.033(30年一遇)。     

线性滚动极值处理方法对数值模拟风速的订正研究

为了进一步提高WRF模式对风速预报的准确性,以我国某风电场01#测风塔2007年5月和11月的数据为例,通过线性回归方法并结合滚动和极值处理技术,对WRF模式模拟风速进行了订正。结果表明,直接使用线性回归方法对于模拟风速的订正无明显效果;采用滚动技术的线性回归订正效果与步长有关,与线性回归订正相比总体上有较大改进,其中3 h步长改进更明显;相同步长,线性滚动极值处理订正较线性滚动订正相比有进一步改进,其中1 h步长线性滚动极值处理效果最优,如5月和11月订正前模拟风速的相对均方根误差(rRMSE)分别为29.274%、33.583%,订正后下降为14.714%、14.493%。订正后精度明显提高,更接近实况风速,线性滚动极值处理订正方法能够较好订正模式模拟风速,有效提高风速预报准确率。      

强天气过程中近地面层风速的非线性动力学特征

强天气过程中大气边界层不同尺度运动之间存在强烈的相互作用,这种相互作用使得近地层风速的变化表现出很强的非线性,风速的非线性特征可以用近代非线性物理中奇异性、大偏差和多重分形等特征量来刻划.作者研究了两次沙尘暴和一次冷锋时期超声风温仪观测资料的这些特征.4组资料奇异指数的概率分布基本一致,只有最强的奇异性存在差异.但最大风速的奇异性并不是最强的.风速的大偏差特征表明,不同时间长度相同的风速时间序列中出现某种极值的概率几乎不变,而大偏差谱能反映不同天气系统影响的差异,天气系统越强,越能维持涡旋运动规律不变.     

内蒙古东部电网最大风速及其重现期极值分布特征

利用内蒙古东部48个气象站有自记式风速仪记录以来的逐年10 min最大风速资料,采用极值Ⅰ型计算方法,给出了该地区重现期30年、50年和100年的极值风速分布图,并分析了近30年最大风速和极值风速的分布特征。结果表明：近42年来内蒙古东部年最大风速具有明显的阶段性下降趋势, 减小速率约为每10年14 m/s;最大风速的年内变化为双峰型,年最大风速主要出现在春季;偏西风的最大风速较大,出现年最大风速的频率高达70%;年最大风速值和极值风速的分布总体呈自西向东减小趋势,但也存在明显的区域性分布特征。该结果将为内蒙古东部电网的设计、运行和维护提供重要的参考依据。     

P-Ⅲ型和极值Ⅰ型分布曲线在最大风速计算中的应用

P-Ⅲ型和极值Ⅰ型分布曲线是国内外采用的最大风速极值计算方法。用陕西省乾县和扶风两个气象站1972-2004年10min平均最大风速资料,用P-Ⅲ型、极值I型分布曲线进行30年一遇和50年一遇自记10min平均最大风速的极值推断。分析结果表明：P-Ⅲ型、极值Ⅰ型分布曲线可根据经验散布点与理论曲线拟合程度反复调整计算参数,特别应注意小概率事件的拟合,能使理论曲线拟合满足设计部门的要求,比较好用。     

复杂山区50a一遇最大风速估算

50a一遇最大风速是风电场风机型号选择的决定因子之一,同时,对风电场的安全运行影响很大,贵州地形复杂,拟建风电场均为山区,50a一遇最大风速的计算尤为复杂。该文在参考国内各种常用的极值计算方法的基础上,采用《建筑结构载荷规范》风压表估算方法及5d最大风速取样法对盘县黄茅坪、惠水摆榜2座测风塔进行50a一遇最大风速估算,探讨山区不同地形条件下最大风速的变化规律。