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《中国气象科学研究院》 2017年
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工程台风风场模型的建立及其参数敏感性试验研究

叶庚姣  
【摘要】:近年来,基于随机数值模拟进行台风风灾评估的方法被广泛应用,其中,工程台风风场模型是重要的组成之一。我国对工程台风风场模型的研究正处于起步阶段,部分参数在西北太平洋海域还未有可靠的方案,且鲜有研究考虑我国沿海复杂地形的影响。因此,了解模型中各参数的特性,寻求适用于西北太平洋台风且考虑地形影响的工程台风风场模型是极其必要的。基于台风边界层的最新观测和研究成果,提出了最大风速半径、边界层风速比、拖曳系数等关键参数的经验方案,并依据垂直平均运动方程,建立了适用于西北太平洋台风的工程台风风场模型,最高分辨率为2 km。通过理想试验,验证了所建模型的合理性,并重点关注了模拟风场对拖曳系数参数化方案的敏感性。研究提出了地形阻力项的引入方案,并探讨了我国沿海地形对工程台风模拟风场的影响。主要结论有:建立的工程台风风场模型能较好地反映台风风场的非对称结构特征,并能较准确的计算出台风最大风速及其所在位置。根据已有观测及研究成果,总结得到增长型、饱和型、下降型三种拖曳系数随风速变化的参数化方案,通过敏感性试验发现,不同的拖曳系数参数化方案主要影响强台风的内核区,对10 m高度最大风速值的影响可达6~7%。选取“海葵(1211)”和“灿鸿(1509)”进行个例模拟试验,结果表明:建立的工程台风风场模型能较好地反映真实台风的最大风速、风场水平分布及影响测站的风速风向演变情况。此外,Holland B参数对模拟风场影响显著。在工程台风风场模型中引入地形阻力项后,“海葵”和“灿鸿”的最大风速模拟误差均减小,在台风移动方向后侧最大风速半径附近的风场变化最为显著,风速减小,风向顺时针旋转。可见,考虑地形作用后,能更加真实地反映台风风场特征,对进一步提高台风风灾评估准确度具有重要意义。
【关键词】:工程台风风场模型 参数 敏感性试验 地形阻力 台风风灾评估
【学位授予单位】:中国气象科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P444
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-9
  • 第一章 绪论9-15
  • 1.1 研究意义9
  • 1.2 国内外研究进展9-13
  • 1.2.1 台风路径模型10-11
  • 1.2.2 台风风场模型11-13
  • 1.3 论文框架13-15
  • 第二章 工程台风风场模型的建立及实现15-25
  • 2.1 引言15
  • 2.2 CE风场模型15-16
  • 2.3 数值求解方法16-17
  • 2.4 关键参数17-20
  • 2.4.1 最大风速半径17
  • 2.4.2 Holland B参数17-18
  • 2.4.3 阵风系数18
  • 2.4.4 边界层风速比18-19
  • 2.4.5 拖曳系数19-20
  • 2.5 风场模型各项对风场的影响20-22
  • 2.5.1 试验设计20
  • 2.5.2 结果分析20-22
  • 2.6 本章小结22-25
  • 第三章 参数敏感性试验25-35
  • 3.1 引言25
  • 3.2 边界层高度25-28
  • 3.2.1 试验设计25-26
  • 3.2.2 结果分析26-28
  • 3.3 边界层风速比28-30
  • 3.3.1 试验设计28-29
  • 3.3.2 结果分析29-30
  • 3.4 拖曳系数30-33
  • 3.4.1 试验设计31
  • 3.4.2 结果分析31-33
  • 3.5 本章小结33-35
  • 第四章“海葵”和“灿鸿”的个例模拟试验35-47
  • 4.1 引言35
  • 4.2 资料简述35-36
  • 4.3 台风“海葵”的模拟试验36-41
  • 4.3.1 台风“海葵”概况36-37
  • 4.3.2“海葵”最大风速值和风场水平分布的模拟情况37-38
  • 4.3.3“海葵”各测站风向风速模拟情况38-41
  • 4.4 台风“灿鸿”的模拟试验41-46
  • 4.4.1 台风“灿鸿”概况41
  • 4.4.2 台风“灿鸿”的最大风速模拟情况41-42
  • 4.4.3 台风“灿鸿”的测站风速风向模拟情况42-43
  • 4.4.4 Holland B参数对“灿鸿”模拟结果的影响43-46
  • 4.5 本章小结46-47
  • 第五章 地形对工程台风模拟风场的影响47-59
  • 5.1 引言47-48
  • 5.2 地形阻力系数的引入48-49
  • 5.3 地形阻力系数的求解49-50
  • 5.3.1 海拔高度差49
  • 5.3.2 地形表面风压系数49-50
  • 5.4 地形对理想台风模拟风场的影响50-52
  • 5.5 地形对“海葵”和“灿鸿”模拟风场的影响52-57
  • 5.5.1 最大风速52-53
  • 5.5.2 风场结构53-57
  • 5.6 本章小结57-59
  • 第六章 结论与讨论59-61
  • 6.1 主要结论59-60
  • 6.2 讨论60-61
  • 参考文献61-67
  • 致谢67-69
  • 个人简历69

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