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水利工程论文-三峡工程风害特征及预防.doc

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水利工程论文-三峡工程风害特征及预防.doc

水利工程论文三峡工程风害特征及预防摘要对三峡坝区地面平均风和雷雨大风的变化特征进行分析,发现坝区白天盛行偏东偏南风,夜间盛行偏北风,雷雨大风主要发生在3~8月,午后到傍晚集中多发特征显著。研究高空冷平流、低槽类雷雨大风天气系统特征,归纳出雷雨大风的预报指标。指出雷雨大风预报的复杂性,需多途径、多手段作好大风预防服务工作。关键词雷雨大风气候分析天气预报三峡工程三峡水利枢纽工程位于长江西陵峡中段,属亚热带大陆性季风气候。由于气候多变,地形复杂,坝区除暴雨、雷击等外,大风是又一多发而又危害严重的灾害性天气。大风预报也成为气象服务中的一个格外突出的项目。自1992年起,三峡坝区已有了风的连续监测资料,尤其是积累了重要的大风观测资料三峡近坝区若干气象台站,有40多年的监测资料2001年6月1日多卜勒天气雷达投入业务运行,准确捕获了今年发生在三峡坝区的对流风暴信息,为三峡工程大风预防提供了重要的技术保障。1观测资料说明1.1资料来源坛子岭气象站,位于坛子岭公园内,观测场海拔高度206m,距坝址北端约1500m,资料年限2000~2001年三峡气象站,位于乐天溪桥头,海拔高度140.5m,资料年限1992~2001年秭归、宜昌、兴山建站以来40多年资料。1.2观测方法KN、EL型风向风速仪,感应部分距下垫面10.5m。观测项目包括各正点前10分钟的平均风向风速,02时、08时、14时、20时定时正点前2分钟的平均风向风速,24小时内任意时刻的瞬时风向风速。2平均风的变化规律2.1风向风速的日变化统计三峡气象站2、8、14、20时风向频率分布,可以发现坝区风的日变化规律显著夜间2时和早晨8时盛行偏北风,NNW、NW、NWN风向频率占75%而白天盛行偏南、偏东风,14时南风分量占76%,20时东风分量占82%。风速也具有日变化特征日落以后风速渐小,日出以前风速达到最小,日出以后风速逐渐加大,傍晚前后达到最大。2.2阵风与时段平均风的关系设在t0时刻时距为了的平均风速为1式中为时段平均风速,V为阵风风速。由于风的阵性和脉动性,在某一给定时段内所测得的风速随时间的延长而变小。因此在同一时段内,下列不等式总是成立的10分钟平均风速≤2分钟平均风速≤最大平均风速≤瞬间极大风速根据观测资料统计,在同一时间段内,就平均情况而言,大体上有如下关系2分钟平均风速≈10分钟平均风速X1.3瞬间极大风速≈2分钟最大平均风速X1.25≈10分钟最大平均风速X1.632.3风速随高度增加风速随高度的增加而加大。其关系式如下V2V1Z2/Z1p2式中V2、V1分别为Z2、Z1高度处的风速。p为参数,在平原、河谷、山区P值差异较大。由于缺少严格的摩擦层垂直风的观测,坝区的P值难以确切确定,经验表明,当发布的风力预报为4~5级,指的是近地层风,高空作业区应相应增大两个量级,如永久船闸等处的高架门机应以防6~7级大风为宜。另外,风具有狭管效应,即风由开阔地带进人狭长区域时,其流动速度要加快,这里不多述。2.4风向风速年变化三峡坝区2分钟风速年平均为2.m/s,10分钟风速年平均为1.2m/s。统计坛子岭2000年逐月10分钟平均风速可知,一年中元月风速较大,为1.6m/s,说明即使有山脉屏障,冬季风对坝区仍有一定影响。盛夏7~8月风速较小,说明远距太平洋,受海洋季风的影响远不如同纬度的东部平原明显。4月和10月各有一个高值,进一步分析发现,它与气温日较差的峰值相对应,说明风除了受大范围季风环流影响外,下垫面局地热力属性的差异也有重要影响。3雷雨大风的气候特征气象上将瞬间极大风速≥17.0m/s定为大风。按其性质分为雷雨大风、寒潮大风、台风、龙卷风等。影响三峡工程的大风以雷雨大风为主,因此,这里只研究雷雨大风。3.1雷雨大风的日变化以邻近的宜昌气象台为代表坝区资料年限较短,分析雷雨大风逐时发生频次的规律。以其33年大风发生时间的观测资料作出图1。图中示出,雷雨大风发生时间集中在下午2点到傍晚7点,占总次数的79.2%,其中16~17时是显著多发时段。而后半夜到次日上午,雷雨大风几乎不发生。表明雷雨大风与热力日变化显著相关,有明显的日变化特征。3.2雷雨大风的季节变化三峡近坝区三站秭归归州、兴山高阳、宜昌晓溪塔气象站有气象记录至1992年雷雨大风的月际分布表明,3月热力条件较差,雷雨大风少发生4月、5月随着气温增高,雷雨大风逐渐增多6月在雨季,以降水为主,雷雨大风相对较少7月、8月雷雨大风明显增多,8月达到全年最多。7月后期至8月,梅雨结束,副热带高压或大陆高压控制本地,天气晴热高温,遇高空冷平流或地面冷空气影响,极易出现雷雨大风天气。3.3三峡近坝区雷雨大风的地域特征图1雷雨大风时次布图三峡工程地处雷雨大风集中多发地区。应用近坝区若干气象站长序列气象资料统计,该地3~8月雷雨大风年均4.0~7.5次,比邻近的长阳、五峰等地明显偏多,构成显著的高值中心,这与该地处神农架阳坡的大地形特征有关。位于兴山、宜昌县北部的冰雹、大风窝子风暴源地产生的对流云团常可影响三峡坝区。3.4雷雨大风移动路径雷雨大风除局地生消外,常由周围移至发生。依据大样本区域性雷雨大风过程逐次逐站大风发生时间、山脉及其走向、高空引导气流,尤其是天气雷达连续监测,并依据较大范围雷雨大风移动具有定的连续性进行综合分析,一般性得到对三峡工程有重要影响的西路、西南路和东北路三条雷雨大风移动路径。西路在西风基本气流引导下,源于神农架南坡兴山的对流风暴沿香溪河南下转沿长江向东移,或源于巴东方向的对流风暴沿长江东移,影响三峡工程。西南路引导气流为西南风,源于三峡坝区西南部的对流风暴可向东北方向移动影响坝区。东北路对流层内为一致的偏北风,源于东北部或偏东的对流风暴可快速影响三峡工程。3.5雷雨大风伴随的天气现象统计三峡气象站1992年~2001年和坛子岭气象站2000~2001年10分钟平均风速≥10.0m/s,或瞬间风速≥17.0m/s大风日,可以看出坝区雷雨大风的风向呈多方位性,主要与雷雨大风对应的天气系统和本地地形有关。高空冷平流类大风风向偏北,低槽类大风风向多偏西偏南。雷雨大风生成时间都在下午2~8点,更多的是在午后4~7点,这与上文所述的雷雨大风日变化特征相吻合。雷雨大风发生时均有雷暴、阵雨天气相伴,最大雨强达50.0mm/h,因而表明雷雨大风天气过程的复杂性和剧烈性。4雷雨大风预报4.1三峡坝区雷雨大风天气类型及预报指标对影响三峡工程较多、预报技术相对成熟的高空冷平流类、低槽类雷雨大风进行分析,归纳出预报指标。其中高空冷平流类又分为偏北和偏西两种子型。4.1.1偏北冷平流类本地处在高空冷涡或沿海槽后,对流层整层偏北风,冷平流显著。500hPa河套东部气流有气旋性弯曲,地面为暖区或变性高压控制。本地上空垂直气柱内下暖上冷,具有显著的不稳定层结,A指数或σ指数显著上升。主要指标有1500hPa兰州、安康北风或西北风2宜昌850hPa与500hPa垂直温差△t850500≥24.0℃3500hPa重庆与西安水平温差△T500≥3.0℃4宜昌500hPa降温△t5000℃5宜昌850hPa温度t85019.O℃6宜昌A指数或σ指数由负转正。4.1.2偏西冷平流类高空锋区主要位于青海湖东侧,与东路冷平流类大风相比,其降温区偏西,但兰州至西安间有低槽引导冷平流快速东移。其预报指标有1500hPa兰州至西安间有低槽2成都500hPa偏北风,或偏西风时风速V50012.0m/s3500hPa成都与兰州间温差△T5004.0℃4宜昌500hPa降温△t5002.0℃,或850hPa宜昌与达县间温差△T8503.0℃。若500hPa、700hPa、850hPa三层均有低槽,相应的南北温差可降低1℃3700hPa武都或汉中偏北风,或850hPa秦岭附近有三站以上偏北风。4.2预报检验2001年三峡坝区雷雨大风过程频繁发生,且风力巨大,成灾严重。2001年几次大风过程预报指标反映情况列于表1。5次过程中除2001年7月24日500hPa宜昌指标不符合以外,其余基本上满足,较好地反映出与风暴的对应关系。多卜勒雷达监测其回波强度均在40dbz以上,回波顶高达9km以上,其移动方向、移速、移动中回波强度的演变等可直观反映出来,在强对流天气监视、预测中发挥了重要作用。依据上述预报指标作出的预报,其预见期小于12小时指天气图起始时刻08时至雷雨大风发生时。由于雷雨大风的复杂性,归纳的预报方法有空报和漏报情况,大风天气一般是在天气雷达捕获到对流风暴云团后跟踪监视,再发布大风警报,因此预报提前量一般在2~3时之内,甚至在几十分钟之内。5结束语三峡坝区地面平均风和雷雨大风具有显著的日变化、年变化规律,掌握其规律有助于雷雨大风的预报与防御。由于三峡近坝区地形的复杂性,大风天气类型的多样性、多变性,使得大风预报提前量有限,所研制的预报方法也只是一个侧面,必须依据天气图方法提供警戒信息,适时进行加密地面气象实时监测、多卜勒雷达监视,及时发布警报,才能做好预报服务工作。表12001年7、8月若干次雷雨大风气象指标值过程日期天气类型08时天气指标多卜勒雷达回波风暴移向DD700FF700(m/s)△T500℃△T500℃△T700℃△T850℃△T850500℃强度(dbz)顶高km7月2日偏西SW605232840451112SWNE7月14日偏西EN23419254045NESW7月21日偏西WSW412240451112SWNE7月24日偏西SW81322254045911SWNE8月7日偏西NNW242645501213SSWN

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