真实气象背景下的下击暴流风场特性与风荷载模型研究

To establish the reasonable wind load model of downburst is an essential problem for downburst-induced high intensity wind esistance analysis of related engineering structures and improving the wind-resistant design to avoid it's wind-induced collapse. The difficulty is to propose a research method which is based on the measured meteorological parameters and can reflect real downburst characteristics.On the basis of preliminary study, the meteorological measure ,theoretical analysis and experimental study are combined to study and develop the three-dimensional transient downburst wind (wind -rain) field numerical simulation method with ultra-high spatial-temporal resolution and real meteorological conditions.With this method, the wind (wind-rain) field characteristics of downburst will be studied under real meteorological conditions systematically and then the downburst wind load model with real meteorological conditions will be established. It is a exploration research with combination the research methods of meteorology and wind engineering, which will help study the wind field characteristics of downburst under the mechanism of downbust formation and diffusion and provide valuable references for dynamical collapse analysis of related engineering structures under downburst.

建立合理的下击暴流风荷载模型，是相关工程结构抗下击暴流强风分析，并为改进设计方法以防止其风致灾变发生的关键问题。其难点是创建具有实测真实气象参数依据且能反映实际特征的下击暴流风场特性研究方法。在前期研究基础上，本项目采用气象实测、理论分析和试验研究相结合的方法研究建立真实气象背景下具有超高时空分辨率的下击暴流三维瞬态风（风-雨）场数值模拟方法，在此基础上系统地研究真实气象背景下的下击暴流风（风-雨）场特性，进而创建具有真实气象背景的下击暴流风荷载模型。本项目是结合气象学领域和风工程领域在下击暴流研究方法基础上的一种新探索，将有助于从形成与扩散的机理上更深入地探究下击暴流的风场特性，为相关工程结构在这种灾害性强风作用下的动力灾变分析提供有益的理论参考。

本项目是为探究实际下击暴流风场特性及荷载模型而进行的基础研究工作。调研收集了我国实际发生并经气象部门证实的下击暴流典型案例，并对这些实际案例进行了整理和分析，对下击暴流的类型进行了归纳。收集的案例中既有干型下击暴流也有湿型下击暴流，并且绝大部分湿型下击暴流发生时同时伴随暴雨、冰雹和大风。开展了特征地形、特征地貌下的下击暴流风场特性的数值和试验研究，研究了风暴中心移动和风雨耦合特性下的下击暴流风荷载特性，尤其对发生频度最高的湿型下击暴流的发展过程中强降雨所引起的风雨场特性及其荷载属性进行了研究和讨论。根据研究结果和收集到的实际下击暴流气象资料提出并建立了改进的下击暴流风荷载模型。通过研究获得了下击暴流在特征地貌、地形下的风场特性，获得了风暴中心移动对下击暴流风场的影响，了解了下击暴流的瞬态风场特性，提出了改进的下击暴流的荷载模型，研究了下击暴流作用下低矮建筑的风荷载效应，在真实气象背景下考察了多体耦合下击暴流的风场特性和风雨场耦合特性。本项目的研究是结合了气象领域和风工程领域在下击暴流研究方法基础上的一种新探索，它应用气象学领域的下击暴流数值模式中包含的相变、传热和传质等微物理过程的结果来进一步完善现有的风工程领域的数值模拟工作，使后者更好地反映下击暴流实际物理过程，进而为相关工程结构抗下击暴流强风提供更准确的荷载依据，是值得继续深入研究的工作。它将有助于从形成与扩散的机理上更深入地探究下击暴流的风场特性，为今后相关工程结构在这种灾害性强风作用下的动力灾变分析提供有益的理论参考。