桥梁抗风与抗震基础2.pdf

第二讲大气边界层内风特性 2.1 大气运动 2.1.1 风的形成和分类 风是空气相对于地球表面的运动。由 于太阳对地球上大气加热和温度上升 的不均匀性，从而在地球上相同高度 的两点之间形成大气压力差，这样， 使不同压力差的地区产生趋于压力平 衡的空气运动，便形成了风。 风的主要类型： 热带气旋（Tropical cyclone) 台 风（Typhoon ） 飓 风（Hurricane） 季 风（Monsoon） 龙卷 风（Tornadoe ） • 热带气旋 热带低压：中心附近最大平均风力6-7级 热带风暴：中心附近最大平均风力8-9级 热带强风暴：中心附近风力8-9级 热带气旋的直径一般小于10Km。 • 台风 热带气旋中心附近最大平均风力≥12级 热带气旋的直径一般小于600-1000Km • 飓风 在西大西洋和墨西哥湾生成。 中心附近地面最大平均风速达70m/s。 • 龙卷风 在强雷暴雨中形成，类似于大象鼻子的漏 斗云柱，有时挂在天空，有时延伸到地面， 边旋转边快速前进。 直径一般300m，前 进速度10-30m/s。切向速度达100m/s。 分为陆龙卷和水龙卷两种。 台风的命名  20世纪初，首次给台风命名的是澳大利亚预报员克里门兰格，他把 热带气旋取名为他不喜欢的政治人物。在西北太平洋，正式以人名 为台风命名始于1945年，开始时只用女人名，因受到女权运动者的 反对，从1979年开始，用一个男人名和一个女人名交替使用。  1997年，在香港举行的世界气象组织台风委员会会议决定，西北太 平洋和南海的热带气旋采用具有亚洲风格的名字命名，并决定从 2000年1月1 日起开始使用新的命名方法。目前所使用的西太平洋台 风的名称依然很少有灾难的含义，大多具有文雅、和平之意，如茉 莉、玫瑰、珍珠、莲花、彩云等等，似乎与台风灾害不大协调。  实际命名的工作则交由区内的日本气象厅负责。每当日本气象厅将 西北太平洋或南海上的热带气旋确定为热带风暴强度时，即根据列 表给予名字，并同时给予一个四位数字的编号。编号中前两位为年 份，后两位为热带风暴在该年生成的顺序。例如0312，即2003年第 12号热带风暴（当其达到强热带风暴强度时，称为第12号强热带风 暴；当其达到台风强度时，称为第12号台风），英文名为 KROVANH，中文名为“科罗旺”；0313即2003年第13号热带气暴， 英文名为DUJUAN，中文名为“杜鹃”。台风中文名字的命名，是 由我国气象局与香港和澳门的气象部门协商后确定。 2.1.2 大气边界层 定义 风吹过地面时，由于地面上各种粗糙元（草 地、庄稼、树林、建筑物等）的作用，会 对风的运动产生摩擦阻力，使风的能量减 少并导致风速减小。减小的程度随离地面 高度增加而降低，直至达到某一高度时， 其影响就可以忽略。这一层受到地球表面 摩擦阻力影响的大气层称为“大气边界 层”。 目前主要用统计方法来描述，它的主要特征表现在以下 几个方面： （1）由于大气温度随高度的变化所产生的温差引起空 气上下对流流动； （2 ）由于地球表面摩擦阻力的影响，风速随高度变化； （3 ）由于地球自转引起的科里奥利力随高度的变化， 风向随高度变化； （4 ）由于湍流运动引起的动量的垂直变化，大气湍流 特性随高度变化。 研究大气边界层内风特性时，可将大气边界层内的风 看成是由平均风和脉动风两部分组成。 2.2 平均风特性 2.2.1 平均风速 风速随时间和空间的变化是随机的，瞬时 风速由平均风速和脉动风速组成，即 ' V(t) V V (t) 平均风速可表示为 t 1 2  V