影响湛江的台风风场数值模拟

本文利用对称型台风风场模型和基于特征线的非对称型台风风场，同时采用背景风场与台风模型风场的合成的方法，研究了影响湛江的台风气压场和风场的数值模拟。研究结果表明：(1)当台风气压场的不对称特征明显时，采用非对称型台风风场模型模拟的结果明显优于对称型台风风场模型的结果；(2)利用背景风场与台风模型风场的合成要比单独使用台风模型风场更好。     

再分析风场修正及其在渤海湾典型温带风暴潮模拟中的应用

选取渤海湾为研究区域,对塘沽站实测风场与再分析风场进行相关性分析,发现两者有一定的偏离。根据线性拟合关系对站点风速进行修正,并根据距离权重修正渤海湾区域再分析风场,采用修正后的风场驱动模型模拟温带风暴潮,其模拟结果在增水趋势、最大增水方面的准确度有明显的提升。研究结果表明温带风暴潮的数值模拟采用再分析风场驱动时需进行适当的修正和优化。     

台湾海峡地区地面风场数值试验和数值模拟

利用修改的一层原始方程模式(Danard模式),对台湾海峡地区地面风场进行了数值试验和数值模拟。首先在一些理想情况下,研究了地面气压场、地形、摩擦和加热对地面风场的影响。指出:地面气压场决定了地面风场的基本分布;摩擦对海陆风速差异有重要作用;地形作用表现为弱的分流和阻流作用,加热作用使风场趋于紊乱。并在东北气流控制下的实际风场进行了数值模拟,效果良好。     

基于模型风场的台风浪数值模拟

利用Ueno台风风场模型构建了1211、1214、1215号台风风场,并以此作为驱动WAVEWATCH-III海浪模式的外界强迫场,计算得出了对应的台风浪场,通过与浮标观测资料对比分析,有效波高相关性均达80%及以上,模拟结果较为理想,可有效弥补现场观测资料的不足,为海洋工程设计以及防灾减灾提供技术保障。     

非对称风场对台风浪模拟效果的比较研究

分析四象限非对称风场模型与叠加风场模型的优缺点,将模型结果与实测风速进行对比验证;利用上述两种风场模型分别驱动第三代海浪模式SWAN,对发生在南海海域的三场台风浪进行了数值模拟计算。结果显示:四象限非对称模型关于风速的计算值与实测值吻合度更高,尤其是当台风中心距离测站较近时;四象限非对称模型驱动SWAN模拟的台风浪精度优于叠加风场模型,适用于南海台风浪的数值模拟。     

海面风场的数值预报业务模式

海面风场的业务数值预报，经过六年的运行和不断改进，目前已建立了包括资料处理、客观分析、大气模式和边界展模式在内的数值预报业务化系统，它能提供１５°～４５°Ｎ、１ｈ５°～１４１°Ｅ海域内１°×１°经纬网格点上的７２小时的预报风场，该风场除为日常业务预报提供参考外，还为海浪和海冰业务模式提供强迫场。本文主要介绍大气模式和边界层模式的概况以及系统的运行结果。     

非均匀风场作用下太湖风成流风涌水的数值模拟及验证

本文采用浅水波方程数值模式，考察太湖局地风场的影响，模拟了太湖风成流，风涌水的变化情况，模拟结果与实测值符合较好，另外，将实测风场资料代入模式计算，结果表明，模拟对风涌水有较好的预报能力，流向流速的计算值与实测值在态势上较为一致。     

渤海风场诊断分析和风潮数值模拟

本文利用有限元方法诊断渤海海面风场。所得到的风场用来模拟渤海风暴潮。诊断的风场和计算的水位表明该方法和其它方法相比是满意的。     

再分析风场驱动下的南海波浪模拟误差

本文采用国际上广泛应用的3种再分析风场驱动WAVEWATCH III模型得到了南海波浪后报数据,并基于全球卫星高度计波高数据和我国沿海浮标实测数据对不同的风场计算结果进行了对比分析,分析表明3种风场的误差特征相差明显,其中ERA-40风场偏小,CFSR风场非常适合模拟常见天气的波浪过程,NCDC风场适合模拟大浪过程。论文重点以NCDC风场后报波浪数据分析了波浪模型模拟误差特点,发现在台风频发的的南海北部海域,再分析风场易低估大值波高,而在季风影响明显的南海南部海域,再分析风场易高估波高。浮标周边2°范围海域内的卫星高度计波高模拟误差趋势与浮标波高模拟误差趋势相似,浮标波高数据的统计特征值与"2度法"提取的卫星高度计数据统计特征值具有较高一致性。     

中国近海海域台风浪模拟试验

以经验台风公式和NCEP再分析风场资料为基础,通过一个权重系数构造了西北太平洋海域台风风场,并以此作为一个第三代海浪模式WAVEWATCH Ⅲ的输入风场,模拟了2005年的麦沙(Matsa)台风浪场.由于风场的改善,模拟结果显著地提高了海浪模式的后报精度.     

台风气压场与风场研究进展

回顾了台风气压场、风场研究的发展过程.从台风气压场与风场的理论研究、台风的不对称性结构、最大风速与变分调整方法、台风气压场与风场的数值模拟和台风作用下水汽热交换等方面的研究进展进行了综合分析与述评,并根据学科发展趋势和工程实际的需要,指出今后在台风气压场与风场的研究中应着重解决的问题和发展趋势.     

Analysis of typhoon wind hazard in Shenzhen City by Monte-Carlo Simulation

As one of the most serious natural disasters,many typhoons affect southeastern China every year.Taking Shenzhen,a coastal city in southeast China as an example,we employed a Monte-Carlo simulation to generate a large number of virtual typhoons for wind hazard analysis.By analyzing 67-year historical typhoons data from 1949 to 2015 using the Best Track Dataset for Tropical Cyclones over the Western North Pacific recorded by the Shanghai Typhoon Institute,China Meteorological Administration(CMASTI),typhoon characteristic parameters were extracted and optimal statistical distributions established for the parameters in relation to Shenzhen.We employed the Monte-Carlo method to sample each distribution to generate the characteristic parameters of virtual typhoons.In addition,the Yah Meng(YM)wind field model was introduced,and the sensitivity of the YM model to several parameters discussed.Using the YM wind field model,extreme wind speeds were extracted from the virtual typhoons.The extreme wind speeds for different return periods were predicted and compared with the current structural code to provide improved wind load information for wind-resistant structural design.     

海洋风场动态可视化研究

针对海洋环境数据多维、多格式及动态性的特点,在深入研究OSG三维可视化仿真平台的基础上,采用颜色映射与点图标映射,结合几何着色器与osg Earth三维虚拟地球场景,提出一套海洋风场可视化的方法.实验结果表明,本方法很好的实现了海洋风场动态可视化,为海洋环境的动态可视化提供了一个强有力的研究平台.     

热带气旋风场对海浪分布特征的影响

设计了一系列理想的数值实验,利用高分辨率的WAVEWATCHIII海浪模式定量分析热带气旋移动速度、强度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向等风场细节因素对热带气旋下表面海浪分布特征的影响。实验结果表明,热带气旋移动速度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向会影响海浪的空间非对称分布。最大风速半径增大会使最大有效波高的位置向后移动,而移动速度增大会使最大有效波高位置向前移动。移动速度增大会使右侧象限内的有效波高增大,左侧象限内有效波高减小。最大风速半径增大和强度增强使各象限内有效波高均增高。热带气旋的转向使各象限内有效波高增高,除了右后象限。这些风场特征对各个象限内海浪的平均波长、平均周期、平均波向、和波峰方向都有很重要的影响,尤其以左后象限最为显著。     

海岛局部风场特性的风洞试验和数值模拟研究

针对海岛局部风效应突出的问题,采用边界层风洞试验与数值模拟相结合的方法,对3种坡度的理想化海岛地形的风剖面进行了数值拟合,定义了差异系数来描述风剖面变化,利用数值模拟研究了差异系数和最大加速比在迎风侧的分布,重点探讨了海岛坡度和高度对最大加速比和差异系数的影响;基于风洞数据,对迎风侧和背风侧顺风向、横风向和竖向湍流强度和阵风因子分布进行了研究。结果表明：数值模拟与风洞试验结果较接近,风剖面指数在迎风侧较小;靠近坡顶的加速效应尤为明显,其最大加速比为0.4～1.0;坡腰处的差异系数较小,随着岛脊线角度的增加,差异系数为0的位置有向坡脚靠近的趋势;坡度增大到25°、0°岛脊线上最大加速比和差异系数均较大;迎风侧的三向湍流强度分布较规律,而背风侧的三向湍流强度分布较杂乱,尤其是在距海岛表面100 m高度范围内;阵风因子和湍流强度的变化趋势具有较高的一致性。     

基于HY-2A微波散射计海面风场资料的台风风剖面信息提取研究

台风风剖面信息是直观反映与台风中心不同距离的各点与平均风速关系的曲线,它是确定各级台风风圈范围的重要基础。本文利用HY-2A微波散射计海面风场资料,结合Holland风场模型提出了一种新的台风风剖面信息提取方法,并选取2012–2017年期间16期典型台风进行应用。结果表明:34 kt与50 kt风圈半径的平均均方根误差为37.6 km与18.3 km,该方法具有较好的适用性和精度。本研究对于描述台风结构特征及潜在的破坏力和台风可能的影响范围具有一定的现实意义。     

基于实测数据的海上风电结构动力响应分析

地震是危害海上风电结构作业安全的重要环境因素,目前,国内尚未公开发表真实地震响应下,海上风电结构的实测动力响应数据。分析了某地震活动区海上风电结构的实测地震响应,采用随机子空间识别方法进行风机的模态识别,阐述了风机机舱偏航将引起前后、左右两个正交方向振动的耦合,并从理论上证明了利用耦合、解耦数据识别模态参数的差异。结果表明：1）耦合与解耦信号识别的频率、阻尼比完全相同,而耦合信号识别的模态振型与偏航角有关;2）地震作用会对结构产生巨大冲击;3）非地震作用下,风机塔筒前后、左右第一阶弯曲模态为主要模态,地震作用可以激发风机的高阶模态,使得塔筒中上部而不是顶部的振动响应最大。此分析对地震活动区海上风电结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

中国东南沿海区域台风数值模拟与危险性分析

通过网格定点法对我国东南沿海区域性台风危险性进行了分析。利用对各网格点有影响的历史台风数据,建立了各网格点的台风关键参数的最优概率模型。利用Monte-Carlo方法产生每个网格点1 000年间的虚拟台风事件。采用YanMeng(YM)风场模型模拟了100个历史台风的最大风速,通过使这些最大风速与观测的最大风速误差和最小,建立了一组新的计算最大风半径Rmax和Holland气压参数B的公式,结果表明新的台风参数计算方案效果良好。利用新的参数计算方案、YM风场模型、特定地点的台风衰减模型以及合适的极值分布模型,预测了各个网格点不同重现期的极值风速,进而绘制了台风多发区域的设计风速图。最后研究了不同B模型、Rmax模型和极值分布模型对预测的极值风速的影响。可以为结构抗风设计和台风防灾减灾提供新的参考。     

QuikSCAT风场在台风风暴潮计算中的应用

业务化风暴潮计算中多采用模型风场的算法来给出风暴潮强迫场。最大风速半径是模型风场最难确定的参数之一。利用QuikSCAT卫星风场数据拟合台风最大风速半径是确定该参数的有效方法。将拟合得到的最大风速半径代入模型风场计算风暴潮的驱动场,模拟的沿岸风暴增水与实况更为接近。