地面粗糙度对下击暴流风剖面特征影响

吉柏锋,柳广义,尹 旭,瞿伟廉

(武汉理工大学 道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室,武汉 430070)

0 引 言

下击暴流是雷暴天气中引起近地面短时灾害性大风的强下沉气流[1]。按照水平影响范围的大小，下击暴流分为宏下击暴流和微下击暴流，微下击暴流在雷雨天气发生的概率可达60～70%[2]。下击暴流在世界范围内造成了大量工程结构物的破坏，尤其是导致输电线塔结构的倒塌[3]。此外，下击暴流引起的低空风切变对飞机的起飞和降落带来巨大威胁，是引发飞机低空飞行事故的主要原因之一[4]。

作为结构抗风设计的重要依据，风剖面特征是下击暴流研究的重要关注点之一。目前国内外学者通过现场实测、理论研究、物理实验和数值模拟等多种研究方法对下击暴流的风剖面特征开展了相关研究[5-6]。Fujita[7]依据实测资料指出下击暴流竖直风剖面的最大风速值位于50～100 m。Kim 和 Hangan[8]进行了下击暴流的定常和非定常风场的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)数值模拟，研究了下击暴流的竖直和径向风剖面特征。Sengupta和Sarkar[9]基于实验和CFD数值模拟方法研究了下击暴流在光滑地面下的稳态风场特性。Mason等[10-11]基于CFD方法研究了理想轴对称下击暴流风场和风剖面特征。国内学者瞿伟廉、吉柏锋[12-13]、汤卓等[14]、李朝等[15]、王超等[16]采用CFD方法研究了下击暴流的风场和风剖面特征。陈勇等[17-18]采用实验和CFD方法研究了下击暴流的风场特征并据此提出了下击暴流风速模型。邹鑫等[19]结合实验和大涡模拟的结果，提出了沿径向变化的径向风速剖面模型和分区域的竖向风速剖面模型。……