大气层结和海气交换作用影响的海面风剖面研究

发布时间：2021-09-05 18:37

　　风速剖面是各类工程结构抗风设计的关键参数。为了准确估算近海各类工程建筑结构承受的风荷载作用,通过在对数风剖面中引入大气稳定度函数和拖曳系数来刻画大气层结和海气交换作用对近海风速剖面的影响并建立相应的模型,最后利用强台风"黑格比"（0814号）的实测数据对模型进行了验证。研究结果表明:大气层结和海气交换作用对台风"黑格比"风速剖面有一定的影响,考虑大气层结和海气交换作用的风速剖面较对数剖面更能准确描述台风过程的风速剖面特征。 

【文章来源】：热带气象学报. 2020,36(03)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 台风“黑格比”过程10 min平均风速(a)、平均风向时程(b)

基于上述实测台风“黑格比”数据，以10 min为参考时间时距，采用式(3)计算得莫宁-奥布霍夫长度变化历程如图2所示，大气层结状况随着台风发展历程的变化没有显著规律。根据表1所建议的大气层结稳定度划分标准[25]，则台风“黑格比”过程中中性层结的样本数54个，稳定层结样本数为69，不稳定层结样本数为28。非中性层结样本占比达64.24%，因此，在台风“黑格比”过程中应考虑非中性大气层结的影响。3.3 台风“黑格比”过程海气交换作用特性

图4所示为拖曳系数与平均风速的变化关系，在台风“黑格比”过程中的拖曳系数随平均风速呈现先增大后减小的趋势，拖曳系数达到最大值时平均风速约为23.5 m/s。形成上述变化趋势的主要原因可归结为风与浪的耦合作用，小风速时，浪高随风速增大而增大，海面粗糙度逐渐增大，因此拖曳系数逐渐增大；当风速较大时，波浪将会发生倒塌破碎，破碎的波浪在海面逐渐形成一较密实的喷沫层，海面粗糙度逐渐减小至稳定，拖曳系数亦逐渐减小。基于台风“黑格比”的数据，将阻力系数随风速的变化分为上升段和下降段两部分，两部分分别进行线性拟合来分析海面阻力系数随平均风速的变化关系，得到式(13)的变化关系，拟合所得曲线同样示于图4。图4 海面拖曳系数随平均风速的变化关系

【参考文献】：
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本文编号：3385873