龙卷风对低矮建筑破坏的机理分析★

张静红 荀 勇

(盐城工学院土木工程学院，江苏 盐城 224001)

1 概述

2016年6月23日，盐城阜宁发生了级别为EF4的龙卷风，其速度最高达到了73 m/s以上，该龙卷风对包括阜宁板湖镇在内的7个镇区22个村(居)的建筑造成了巨大的破坏、人员伤亡和财产损失。气象观测表明，6月23号下午，副热带高压北抬到江苏沿江附近，苏北大部在副高北侧西南急流中，地面在暖低压倒槽中，湿热异常，露点温度超过28 ℃，达到广东沿海的水准，大气能量极为充沛；同时东北冷涡也在行动，它从高空甩下来的一小股干冷空气侵入西南湿热气流中，诱发出强度惊人的超级单体，并最终导致极端龙卷风的诞生。此次盐城阜宁的龙卷风发生的过程与中气旋的理论较为符合，角动量守恒原理和气体自由涡理论并不能解释气流从上向下发展的过程，也难以解释龙卷风蕴含巨大能量的事实。

然而，现有资料很难重现龙卷风发生时对建筑及周围环境的损坏过程，本文采用龙卷风流体动力学仿真，再次重现出龙卷风发生时的流场状况，并通过流场分析初步揭示了低矮建筑在龙卷风中的破坏机理。

2 龙卷风风场的数学建模

本文龙卷风发生的物理模型采用自然状态的龙卷风模型[1],包括入口风嘴、入流区域和出流区域三个部分。具体为：入口数量16个，入口宽度5 m，入口高度200 m，出流区域为100 m，出流半径为50 m；风速入射角为60°，入口风速为20 m/s，湍流度和耗散率用大气湍流公式进行计算；采用四面体网格对计算域进行划分，计算网格430万个(如图1所示)。……