基于空间多点同步观测的近地台风场相干函数研究

摘要

台风是影响我国东南沿海地区较严重的自然灾害，因此台风影响区域内高层建筑、大跨度空间结构的脉动风荷载计算更加重要。脉动风特性中的相干函数是进行风荷载计算的重要中间参数，而且脉动风相干结构是准确估计风荷载和风振响应的重要因素。本文基于近地台风现场实测数据建立了相干函数模型，系统分析了脉动风相干结构的特征及其对相关系数、湍流间歇性、高斯性、峰值因子和阵风因子的影响。
　　对现有的近地风空间多点同步观测系统进行了完善，该观测系统由八个可移动式的测风塔构成，完善的主要目的是使其在台风环境中能连续长时间稳定工作。利用该观测系统进行了台风和常态风的现场实测，并对台风和常态风的脉动风特性进行了分析与对比。
　　建立了湍流相干函数理论模型和经验模型，其中理论模型的推导过程中进行了参数敏感性分析，经验模型的建立基于现场实测的台风和常态风数据，不论是理论建模还是经验建模都充分考虑到了下垫面粗糙长度、大气稳定性参数以及偏航角等因素的影响。利用实测数据验证了模型的正确性，并给出了和频率相关的水平相关系数函数，同时和我国荷载规范中给出的水平相关系数进行了对比分析。
　　基于现场实测的台风海鸥和常态风的数据进行了湍流相干结构的提取以及相干结构的特征分析，同时分析了相干结构对一些湍流特性的影响。为了进行多尺度相干结构的提取以及分析相干结构对湍流特性的影响，引入了一种离散小波变换法。分析相干结构的特征时提出了小波系数谱分析方法，该方法结合了连续小波大尺度分辨率较高和AR模型（自回归模型）谱估计频率分辨率较高的优点，得出了相干结构周期短且间隔地出现等规律。最后分析了相干结构对相关系数、湍流间歇性、高斯性、阵风因子和峰值因子的影响，得出结论为相干结构是湍流间歇性的根本成因，相干结构通过影响湍流高斯性间接地影响湍流间歇性，相干结构从湍流中提取之后相关系数、峰值因子和阵风因子有所降低。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 主要研究内容

第2章 近地风空间多点同步现场实测

2.1 引言

2.2 观测系统的简介与完善

2.3 近地台风和常态风现场实测

2.4 近地常态风和台风脉动风特性分析与对比

2.5 本章小结

第3章 湍流相干函数模型的建立

3.1 引言

3.2 湍流相干函数模型分析

3.3 湍流相干函数理论模型建立

3.4 湍流相干函数经验模型的建立

3.5 本章小结

第4章 湍流相干结构的特征分析及其对湍流特性的影响

4.1 引言

4.2 湍流相干结构的提取

4.3 湍流相干结构的特征分析

4.4 湍流相干结构的影响分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢