台风登陆过程中南海近海阵风因子特征

毕雪岩; 刘春霞; 黄健; 赵中阔

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2022.045

台风登陆过程中南海近海阵风因子特征

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.045

中国气象局广州热带海洋气象研究所，广东广州 510641

基金项目:

广东省重点领域研发计划项目 2019B111101002

国家自然科学基金项目 41675019

国家自然科学基金项目 41875021

国家自然科学基金项目 41830533

详细信息

通讯作者:
刘春霞，女，内蒙古自治区人，研究员，博士，从事台风与海洋气象研究。E-mail：cxliu@gd121.cn

中图分类号: P444
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出版历程
- 收稿日期: 2022-07-21
- 修回日期: 2022-08-08
- 网络出版日期: 2022-10-25
- 刊出日期: 2022-08-20

CHARACTERISTICS OF GUST FACTOR IN THE OFFSHORE OF THE SOUTH CHINA SEA DURING TYPHOON LANDING

Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology, CMA, Guangzhou 510641, China

摘要

摘要: 阵风预报对于输电铁塔线路设计、风力发电、建筑和桥梁设计以及航空气象安全等至关重要。目前，基于不同观测资料和计算方法，学者们给出了不同的阵风或阵风因子参数化公式，没有公认的一致结果。利用中国气象局南海(博贺)海洋气象科学试验基地离岸4.5 km和6.5 km的两个海洋气象观测塔在2008—2018年七个台风期间观测的10 Hz高频湍流脉动数据，分析了观测高度、平均时间、下垫面特征和大气稳定度对阵风因子计算结果的影响，研究了近海海上台风过程中阵风因子与平均风速和湍流特征参数的关系。不同于以往研究给出阵风因子是常数，给出了阵风因子随10 m风速变化的计算公式，为阵风预报及相关防灾减灾提供参考依据。
- 阵风 /
- 阵风因子 /
- 南海近海 /
- 台风 /
- 湍流特征参数
Abstract: Gust prediction is significant for air, ship and road traffic guidance, and warnings about environmental damage. Up to now, different gust or gust factor parameterization formulas have been given based on different observational data and calculation methods, and no consensus has been reached on the best gust factor parameterization formulas. Based on the 10 Hz high frequency turbulent fluctuation data collected at two offshore observation towers standing along the shore-normal line 4.5 km and 6.5 km offshore, respectively, during seven typhoon episodes in the South China Sea from 2008 to 2018, we analyzed the effects of observation height, different average time, underlying surface characteristics, and atmospheric stability on the gust factor. The relationships between gust factor, gust coefficient related to turbulence kinetic energy, gust coefficient related to friction velocity, and 10 m wind speed are investigated. Unlike previous studies, where gust factor is treated as a constant, this paper proposed a formula for calculating gust factor depending on the 10 m wind speed.
- gust /
- gust factor /
- offshore in the South China Sea /
- typhoon /
- turbulent parameters

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图 1 海上观测塔()(a)和岛上观测塔()(b)位置示意图

黑色实线代表 10 m和20 m水深等深线。

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图 2 两个观测塔的位置和台风路径图

不同线型代表不同台风强度等级，强热带风暴风速为24.5~32.6 m/s，台风风速为32.7~41.4 m/s，强台风风速为41.5~50.9 m/s，超强台风风速为大于51 m/s。黑色圆圈代表距离塔的距离，分别为100 km和200 km。

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图 3 高频湍流脉动数据预处理和数据质量控制流程图

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图 4 不同观测高度阵风因子GF_u (τ, T)分布概率

其中τ=3 s，T=10 min。

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图 5 不同阵风平均时间计算的阵风因子GF_u (τ, T)分布概率

其中T=10 min。

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图 6 不同风速平均时间计算的阵风因子GF_u(τ, T)分布概率

其中τ=3 s。

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图 7 阵风因子(GF_u)随风向(WD)的变化

计算中采用τ=3 s、T=10 min，计算中值时的风向间隔为90 °。符号■和上下线分别表示中值、25%和75%值。数值是该风向范围观测数据的个数。

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图 8 阵风因子(GF_u)随稳定度参数(z/L)的变化

计算中采用τ=3 s、T=10 min，计算中值时的稳定度参数间隔根据稳定度类别划分。符号■和上下线分别表示中值、25%和75%值。数值是该稳定度范围观测数据个数。

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图 9 阵风因子(GF_u)随10 m风速(u₁₀)的变化

计算中采用τ=3 s、T=10 min，计算中值时的风速间隔为2 m/s。符号■和上下线分别表示中值、25%和75%值。数值是该风速范围观测数据个数。

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图 10 考虑湍流动能影响的阵风系数(α)随10 m风速(u₁₀)的变化

计算中采用τ=3 s、T=10 min，计算中值时的风速间隔为2 m/s。符号■和上下线分别表示中值、25%和75%值。数值是该风速范围观测数据个数。

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图 11 考虑摩擦速度影响的阵风系数(β)随10 m风速(u₁₀)的变化

计算中采用τ=3 s、T=10 min，计算中值时的风速间隔为2 m/s。符号■和上下线分别表示中值、25%和75%值。数值是该风速范围观测数据个数。

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