《探究台风环境下跨海长桥风场的空间分布特性研究[上海公路]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探究台风环境下跨海长桥风场的空间分布特性研究[上海公路]（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 s一 一 一 8 7 日期 图 4各测点风速变化时间 曲线 2 0 1 1 0 8 0 5 0 8 0 9 0时 由图 4 6 个 测 点分 别观 测 到 的风速 变化 趋势 非 常 相似 相关程度很高 从风速变化的统一趋势上看 风 速并 非随着 台风 中心的靠 近而逐 步增 大 而是 呈明显 的 波动形式增 大 在 8月 7日前 半 日内达 到 峰值 区 而 后 迅速下 降 图中红 色区域 即图 4所示 的时 间段 正 是桥 位地 区受 梅花 影 响最 大 的 时 间段 而 峰 值 区也 在 其 中 而在风 速 到 达 峰值 区前 则 有 一 系 列 明显 的谷 值 区 如果细 心 地 将
2、 各测 点 的 曲线 进 行 对 比 还 可 以 发 现 红色区域内各曲线 的变化相对更为一致 而其外的 区域则有较为明显的偏离 尽管该区域方圆 3 0多 k m 但 在 台风环 境下 风速 的变化 趋 势是 基本 统 一 的 不 过 地形 的平坦 开 阔也 减小 了其对 风 场 的影 响 由图 2 对 比台风 梅 花 的 7 级风 圈覆盖 区 桥位 的区域 大小显 然 与之不可同论 虽然台风的气流运行结构复杂 但就杭 州湾跨海大桥的长度来说 这尚未构成显著的影响 表 1 给 出 了 8月 6日 1 4时至 8月 7日 1 4时 1 d 内各观测点间的风速变化相关性 系数 相邻观测点显 示 出
3、更 高 的 相 关 性 测 点 间 距 离 越 远 其 相 关 性 越 低 其中 相关性系数 R 按下式计算 一薹 茎 一 x 式 中 X 和 y均 为离 散 点数 据 组 R 为两 者 的相 关性 系数 表 1 各测点同时间内风速变化时间曲线相关系数 I 2 0 1 1 0 8 0 6 0 8 0 7 1 4时 风速仪 R叫 A B C D E F A 1 0 0 0 0 8 7 8 0 7 9 9 0 7 2 8 0 7 5 7 O 6 7 7 B 1 0 0 0 0 8 1 4 0 7 0 1 0 6 9 5 0 6 1 3 C 1 O O O O 8 1 5 0 7 5 7 O 6 4
4、 4 D 1 0 0 0 0 7 5 5 0 6 7 7 E 1 0 0 0 0 8 3 8 F 1 0 0 0 2 4 上 么缘 N o 2 2 0 1 2 2时 间相关 性 根 据 中国天气 台风 网所 提供 的资 料 上 述 时 间段 内 台风 中心 的运 动速 度在 4 5 3 8 m s间 变 化趋 势稳 定 鉴 于该 时 间 内各 钡 4 点 间风 速 变 化 趋势 如此 一 致 而桥位 所在 并 非一 个 小 区域 那 么 风速 变 化 历 程 在 这 些测点问的移动速度是否也是稳定 的 不受其他诸如 地形 因素 的影 响 风速 变化历程 的移动速度 并不等 同于一般 意义上 的
5、风速 比如 一次 大 风先 后到 达 相距 较 远 的两 点 两 点经历一段风速较高的时间也将有一个先后顺序 在 理想情况下 其 中一点的风速完 全取决 于一 定时 间 以前 另一点 的风速 即两地 的 风速 变化 完 全 相关 风 速变 化 曲线形状 一致 但在时 间轴 上前后 错开并 不重 合 两点 距离 同这 个时 间差大 小 的 比值 即所谓 风 速历 程 的 移动 速度 如果将靠 前一 点这 段 大风 期 的风 速 变化 曲线作 为参照对象 同一时间内靠后一点的风速变化 曲线与参 照的相关系数并非 1 而是在某一时间后同等时间段长 度 内的曲线与参照的相关系数最大 为 1即完全相关
6、而此前后的曲线与参照的相关系数都小于 1 近地 区域 同一 地 点不 同高 度 的风 速 不 相 等 但 相 关 而风速 变化 历 程 的移 动 速 度 应 当 与某 一 高 度 上 的 风 速相 同 如 果是 与 上 层 风 速相 当 即 主要 受 大 气 运 动影 响 那 么 在 台风稳定 向前 运动 的 同时 这 个 移动 速 度 也应该 相 对稳定 但似 乎并 非如 此 由此 选 取 8月 6日 1 4时至 8月 7日 1 4时 1 d 内的风 速变 化为 关 注对 象 在前 后 1 h内各 观 测 点 相 同时 间长度 不 同时 间起点 的数 据进行 比较 以研 究 彼 此间 的相关
7、 性变 化 如 图 5 0为 选 取 的 时 间原 点 即 为 8月 6日 1 4时 d x或 d y为所 选取 某观 测点 数据 的 起始 位置 时 间 其值 在 一 1 h和 1 h之 间 当 d x d y 时 即所 选取 的两段 数据 起始位 置 时 间相 同 图 5不 同时 间内两风速 曲线相关性计算 示意 图 2 m 5 O T s 匿 二 出 以南北 向为 台风中心移动方向 将各组南北距同 相应时间差的比值进行 比较可以发现 越靠近两岸的 地 区该 比值 越小 而越 靠近水 面 中心地 区 的越大 或 者 说靠近陆地 的风速相关性传递速度比靠近水面中心的 慢 不 同的地形 确实会
8、 对风 速相关 性传 递速 度 造成 影 响 即风速历程在各相邻测点间的移动速度与测点间 的地 形是有 关 的 3竖直 方 向风 速变 化 风在 竖直方 向的 变化 十 分 复 杂 既受 如 地 面 粗 糙 度等动力因素影响 也受如大气稳定度等热力 因素影 响 工程上 目前普遍采用风速随高度变化 的公式 对 数律公式及指数率公式 均是在中性大气稳定度条件 下一种不考虑热力影响的平均轮廓线公式 而对于这 样大的桥位 区域 其环境地形并不统一 在台风环境 O 5 l O l 5 2 0 溯点A 风t li m s 0 l 0 l 5 2 0 2 5 测点C 风速 m s 2 6 上冯么姥 N o
9、2 2 0 1 2 下 其风场是否仍然满足这样的规律 以及不同地点是 否可 以采用 统一 的地 面粗糙 度 仍然 选取 8月 6日 1 4时 至 8月 7 13 1 4时 1 d内 的风 速变 化为关 注对 象 根 据之前 的研 究结 果 将 相邻 两测点的数据按照时间相关性最高的原则进行错动以 获得近似重合的曲线 并将两两对应 的风速数据点在 风 速 一风速坐标 图 中画 出 形 成 图 7中 的相 邻 测 点 风 速 比较 图 对 相邻 两 测点 风 速 数据 进 行 线性 拟 合 图 7中实 线 为拟 合 线 斜 率 即风 速 比 虚 线 斜 率 为 1 当 实 线 与虚 线重 合 即斜
10、 率 为 1时 意 味着 所 选 取 的两 条 风 速变化曲线近似重 合 即在相邻 两测点 风速 大小 近 似一致 若两 测点处 于平面上 同一 位置 其 高度相 同 表 3中记 录 了 图 7中拟 合 线 的 斜 率 及 其 标 准差 O 1 0 l 5 2 0 2 5 测点B 风速 m s l 0 1 5 2 O 2 5 测点D 风速 m s 拍 m 0 锻窿遥 蕊 加 m 5 0 u v 制区 嚣 m 5 O 蝴区 醒 加 m 5 0 区Q 露 0 5 l O 1 5 2 0 2 5 测点E 风速 m s 图 7相 邻 两 测 点 风 速 一风 速 图 根据抗风规范 1 风速随高度变化
11、的指数律公式 如 下 Vz Vz 妻 式 中 为 Z 和 Z 高 度处 的风 速 a为 地 表 粗 糙 系数 该 公 式 也 可 表 示 如 下 即 风 速 比 与 高 度 比 相 关 Yz 2 一 F 一 表 3中 给 出 了相 邻 测 点 间 的高 程 比 如 测 点 A B 其 高程 比 Z 月 z 一1 2 0 9 1 而关 于 地 表粗 糙 度 系 数 分别 选 取 A类 和 B类 地 形 的系 数计 算 相邻 测 点 间 的风 速 比 A类 地 形 a 一0 1 2 如 海 面 海 岸 开 阔 水 域等 B类 地 形 一0 1 6 如 田野 乡村 等 开 阔平 坦 地 区 1 图
12、8中画 出 了两 种 a l p h a值 时 风 速 比 随 高 度 比 的变化 曲线 以及 相邻 测点 的实 测数 据 点 表 3相邻测点 高程比和风速比 相邻测点 A B B C C D D E E F 高 程 比 1 2 0 9 1 1 0 4 1 2 O 9 5 2 8 1 0 0 6 0 2 9 6 9 O 实测 值 1 0 6 0 1 0 9 7 9 4 O 9 3 7 4 0 9 6 5 0 1 0 8 2 5 风 标 准差 0 0 0 2 3 0 0 0 2 3 0 0 0 1 8 0 0 0 2 7 0 O O2 6 速 a一 0 1 2 1 0 2 3 0 1 0 0 4
13、 9 O 9 9 4 2 1 0 0 0 7 1 1 3 9 5 比 a一 0 1 6 1 03 0 8 1 0 0 6 5 O 9 9 2 3 1 0 0 1 0 1 1 9 0 2 尽管实测数据点的分布同理想 曲线有一定偏差 但相对更接近于 a 一0 1 2的曲线 即 A类地形地表粗 糙 度所 对 应 的 曲线 这 与 桥 位 所 在 地 区 的地 形 特 征 相 符 同时 也意 味着 该地 区风沿 竖直 方 向的变 化 规 律可 以采用 指数 率公 式 来描 述 通过 上述 研究 找 到 了一 次 过境 台 风影 响 下 的杭 州湾 跨海 大 桥 不 同 区段 风 场 环 境 中 风 速
14、 空 间 分 布 特 性 结 果 可用 于修 正 大 桥灾 害天 气 运 营 管 理 系统 中长 桥 不 同 区段 的 风速 相 关 性 数 据 以便 智 能决 策 系统 在 大风天气实时发布桥面车辆限速和限行等交通管理信 息 大大提高了跨海长桥交通控制信息一体化和应对 风灾 的安全 服务水 平 1 1 0 测点A 风速 m s 图 8理论和 实测数据 的高程比 一风速比图 4 结语 本文 根据 杭州 湾跨 海大 桥沿 桥布 置 的六个 风 速仪 所 记 录 台风 梅花 过 境 时 的风 速 数 据 对 桥 位 地 区在 台风 环境 下风 场 空 间分 布 特 性 进 行 了研 究 得 到 了
15、 以 下 结论 1 台风 环境下 杭 州湾跨 海 大桥地 区的风 速 变化 趋 势具 有非 常 高 的一 致性 风 速历 程在 各相 邻 测 点 间 的移 动速度 与 测 点 间 的地 形 是 有关 的 即 大 风经 过 其 路线上 前后 相距 较 远 两点 的 时 间长 短受 到 地形 的 影 响 2 采用统一的地面粗糙度通过指数率公式来描 述 桥位 风速 沿竖 直方 向的变化 规律 是可 行 的 参 考 文献 1 T J G T D 6 0 0 1 2 0 0 4公路桥梁抗风设计规范E s E 2 埃米 尔 希缪 罗伯特 H 斯坎 伦 风对结 构 的作用 风 工程 导论 M 上海 同济大学
16、出版社 1 9 9 2 3 S B i v o n a e t a 1 Ta x o n o my o f c o r r e l a t i o n s o f wi n d v e l o c i t y a n a p p l i c a t i o n t o t h e S i c i l i a n a r e a E J P h y s i c a A 2 0 0 8 3 8 7 5 9 1 0 5 9 1 5 4 M C H Hu i e t a 1 Wi n d t u r b u l e n c e c h a r a c t e r i s t i c s s t u d y a t t h e S t o n e c u t t e r s B r i d g e s i t e P a r t I M e a n wi n d a n d t u r b u l e n c e i n t e n s i t i e s J J Wi n d E n g I n d Ae r o d y n 2 0 0 9 9 7 2 2 3 6 N o 2 2 0 1 2上
