深圳近地面风特性分析

深圳近地面风特性分析

据统计，平均每年约有七个台风影响中国。为尽可能降低台风造成的影响，需要充分了解基于城市下垫面的近地面强风的垂直特征。许多学者已经针对台风近地面风场特征开展了研究，胡尚瑜等11.1观测平台及仪器深圳气象梯度观测塔(以下简称梯度塔)距离珠江口10km,位于万亩果园和水源保护区内，周围空旷，外部是城市群，能代表深圳的地表覆盖类型，非常适合开展台风对城市影响的观测研究。梯度塔共设置13层观测平台(10、20、40、50、80、100、150、160、200、250、300、320、350m),塔上使用的是芬兰维萨拉WAA151风速计，测量范围0～70m/s,测量精度0.1m/s,采样间隔10s,可以很好地观测到近地层风的连续变化特征。超强台风“山竹”是2018年第22号热带气旋，具有生命期长、强度强、强风范围广、风雨影响严重等特点。本研究选取“山竹”影响深圳(9月16—17日)期间梯度塔风速数据，利用统计分析的方法开展城市近地面水平风的垂直特征分析。1.21好的大风过程中，风的阵性变化往往是导致风灾的重要原因之一，而通常用阵风因子来表征风的阵性特征(1)其中，2垂直风切变特性分析风切变按风向可分为水平风的水平切变、水平风的垂直风切变、垂直风的切变。台风“山竹”影响期间主导风向变化不大，本研究着重分析水平风的垂直风切变特征。由于台风影响期间伴随强风，大气近似中性条件，可认为风廓线服从指数规律(2)其中，3流量湍流主要反映的是风的脉动特性，通常用湍流强度表示，其值可以作为气流在垂直方向稳定程度的指标(3)其中，22.1阵风因子离散度随高度的变化统计实况资料可以看出，风速较小时，阵风因子在1-6区间变化且无明显规律，低层离散程度较大(图略),但随高度增加阵风因子离散度趋于减小(图1)。当风速大于6级(10.8m/s)后阵风因子趋于稳定，且不同高度阵风因子平均值(表1)均小于国家标准《建筑结构荷载规范》中对城市地区阵风因子2.4的推荐值2.2指数规律在反算风速时的应用图3可以看出在不同高度风廓线指数随着风速增大有减小趋势，在风速达到一定阈值后逐渐趋于稳定。王志春等此外，利用关系式(2)反算不同高度的风速如图4所示。可以看出，利用指数规律反算风速时，反算值略大于实测值，但整体趋势一致，表明利用指数规律可以推算不同高度的风速情况。不过由于数据量不足，更精确的风廓线指数参考值还需更多观测数据确定和验证。2.3平均湍流强度图5可以看出不同高度风速较小时湍流强度离散性较大，随着风速增大湍流强度逐渐减小，当风速超过一定阈值后趋于稳定。表2为利用6级以上的风速数据计算出不同高度的平均湍流强度，并尝试利用指数函数拟合得到图6。可以看出湍流强度随高度的变化近似呈指数规律减小，并且随着高度增加，湍流强度趋于稳定。史军等3阵风因子及近地面风特性1)风速较小时，阵风因子变化无明显规律，随着风速加大，阵风因子逐渐减小，当风速大于6级后，阵风因子趋于稳定，数值稳定于1.2～1.3之间；随着高度增加，阵风因子逐渐减小，并且在大风条件下，阵风因子随高度变化近似呈指数规律。2)风廓线指数在风速小的区间离散性大，随着风速增大逐渐减小，在风速达到一定阈值后趋于稳定，计算所有观测样本得到平均风廓线指数约为0.23,该值也符合《建筑结构荷载规范》。但是利用指数规律反算风速时，推算结果略大于实测值。3)湍流强度变化与阵风因子变化类似，随着风速增大湍流强度逐渐减小，当风速超过一定阈值后趋于稳定。可能原因为高层风速较大，气流较为稳定，低层气流受下垫面的影响变得凌乱，湍流特性也更明显，这说明台风“山竹”过程中受城市下垫面影响近地面风湍流强度大于高层。但是否台风过程均存在这一现象还需更多的观测个例分析验证。本研究利用台风“山竹”影响深圳期间梯度塔测风数据分析了深圳近地面水平