考慮臺(tái)風(fēng)空間位置的橋址區(qū)風(fēng)特性模型實(shí)測(cè)研究

張 寒，王 浩，徐梓棟，陶天友，茅建校，郜 輝

（東南大學(xué)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211189）

引言

近年來(lái)，全球臺(tái)風(fēng)災(zāi)害頻發(fā)，造成大量工程結(jié)構(gòu)破壞與倒塌，給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和慘重的人員傷亡。中國(guó)是受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，尤其是東南部沿海地區(qū)常年遭受西北太平洋臺(tái)風(fēng)侵襲［1］，導(dǎo)致區(qū)域性重復(fù)受災(zāi)，大跨度橋梁等風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)的安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)［2］。隨著蘇通長(zhǎng)江大橋、五峰山長(zhǎng)江大橋、滬通長(zhǎng)江大橋等一系列世界級(jí)橋梁工程的陸續(xù)建成，以及張皋長(zhǎng)江大橋、瓊州海峽大橋等超大型橋梁的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，中國(guó)橋梁工程正朝著更大跨、更纖細(xì)的方向迅速發(fā)展，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全提出了更高的要求。

準(zhǔn)確的橋址區(qū)風(fēng)特性是橋梁結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)與研究的重要依據(jù)。當(dāng)前，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)特性參數(shù)主要來(lái)源于規(guī)范推薦值，一般由區(qū)域氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到。然而，長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)結(jié)果涵蓋臺(tái)風(fēng)和良態(tài)風(fēng)等多種資料，難以有效反映強(qiáng)臺(tái)風(fēng)特性［3］。此外，臺(tái)風(fēng)空間位置的改變導(dǎo)致固定橋址區(qū)風(fēng)特性不斷發(fā)展［4-5］，單一統(tǒng)計(jì)結(jié)果未體現(xiàn)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)過(guò)程橋址區(qū)風(fēng)特性演變特征。為此，有必要研究臺(tái)風(fēng)移動(dòng)對(duì)風(fēng)特性的影響，揭示橋址區(qū)風(fēng)特性與臺(tái)風(fēng)空間位置的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)全過(guò)程橋址區(qū)風(fēng)特性的準(zhǔn)確估計(jì)，從而為橋梁設(shè)計(jì)與運(yùn)維提供有效參考。

在臺(tái)風(fēng)特性的空間分布方面，Holland［6］提出了臺(tái)風(fēng)氣壓場(chǎng)的解析模型，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)氣壓場(chǎng)的表征。此后，Meng 等［7］和Vickery 等［8］通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和理論分析提出了更為精細(xì)化的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)解析模型，量化了臺(tái)風(fēng)風(fēng)速的空間分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，F(xiàn)ang等［4］通過(guò)大量觀測(cè)，提出了適用于中國(guó)東南沿海臺(tái)風(fēng)區(qū)域特征的風(fēng)場(chǎng)解析模型，為臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供了有效參考。然而，上述風(fēng)場(chǎng)解析模型大多反映了臺(tái)風(fēng)的平均風(fēng)場(chǎng)特性，較少體現(xiàn)脈動(dòng)風(fēng)特性在臺(tái)風(fēng)場(chǎng)中的空間分布規(guī)律，可同時(shí)刻畫(huà)橋址區(qū)脈動(dòng)風(fēng)特性的臺(tái)風(fēng)模型則更為少見(jiàn)。已有研究表明，脈動(dòng)風(fēng)特性對(duì)大跨度橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)影響顯著［5，9］。因此，有必要在臺(tái)風(fēng)平均風(fēng)場(chǎng)解析模型的基礎(chǔ)上，研究脈動(dòng)風(fēng)特性的空間分布模型，以進(jìn)一步補(bǔ)充完善臺(tái)風(fēng)工程解析模型?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)是獲取脈動(dòng)風(fēng)特征最直接和最有效的手段之一。此前，國(guó)內(nèi)外已有多位學(xué)者基于實(shí)測(cè)進(jìn)行了臺(tái)風(fēng)脈動(dòng)風(fēng)特性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)研究。Xu 等［10］利用青馬大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Structural Health Monitoring System，SHMS）進(jìn)行了“勝利”臺(tái)風(fēng)的風(fēng)特性研究。Wang等［5］基于SHMS 研究了蘇通大橋?qū)崪y(cè)臺(tái)風(fēng)特性。Shu 等［11］采用氣象站長(zhǎng)期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)研究了臺(tái)風(fēng)的陣風(fēng)因子特性。

本文利用蘇通大橋SHMS 多次臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)風(fēng)速樣本，在考慮臺(tái)風(fēng)移動(dòng)過(guò)程的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了臺(tái)風(fēng)工程解析模型在預(yù)測(cè)橋址區(qū)平均風(fēng)場(chǎng)方面的有效性，分析了湍流強(qiáng)度、陣風(fēng)因子、湍流積分尺度等脈動(dòng)風(fēng)特性參數(shù)隨橋址區(qū)和臺(tái)風(fēng)中心距離的變化規(guī)律，研究了脈動(dòng)風(fēng)特性參數(shù)的空間分布模型。

1 橋址區(qū)強(qiáng)風(fēng)實(shí)測(cè)

1.1 風(fēng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

蘇通大橋SHMS 風(fēng)環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由4 組三維超聲風(fēng)速儀組成［5］，分別為跨中上游風(fēng)速儀MS4，跨中下游風(fēng)速儀MS4'，北塔頂風(fēng)速儀MS2，南塔頂風(fēng)速儀MS6，如圖1 所示。上述風(fēng)速儀風(fēng)速量程0～70 m/s，測(cè)試精 度0.01 m/s；風(fēng)向測(cè) 量范圍0°～359.9°，測(cè)試精度0.1°。在實(shí)際測(cè)量中，風(fēng)速儀僅開(kāi)啟二維模式，正北方向設(shè)定為0°風(fēng)向，順時(shí)針變化為正方向，采樣頻率設(shè)定為1 Hz。

圖1 蘇通大橋風(fēng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（單位：m）Fig.1 Anemometers installed on Sutong Bridge（Unit：m）

1.2 臺(tái)風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

利用蘇通大橋風(fēng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可有效獲取臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間橋址區(qū)的風(fēng)速和風(fēng)向觀測(cè)資料。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期實(shí)測(cè)資料的篩分，本文選取了2012 年至2019 年間4 次記錄較為完整的臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)樣本，如表1 所示。此外，圖2 給出了4 次臺(tái)風(fēng)路徑軌跡與蘇通大橋位置的空間關(guān)系示意，其中臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局。

表1 實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)概況Tab.1 Recorded typhoons

圖2 臺(tái)風(fēng)路徑示意Fig.2 The tracks of the recorded typhoons

結(jié)合表1 和圖2 可知，上述4 次臺(tái)風(fēng)均以較近距離經(jīng)過(guò)蘇通大橋，塔頂和跨中實(shí)測(cè)風(fēng)速均較高。其中，塔頂最大瞬時(shí)風(fēng)速為57.2 m/s，跨中最大瞬時(shí)風(fēng)速高達(dá)33.0 m/s。此外，臺(tái)風(fēng)“溫比亞”過(guò)境期間，橋面風(fēng)力達(dá)到十級(jí)，一根斜拉索的阻尼器連接螺栓脫落，導(dǎo)致大橋封閉，引發(fā)社會(huì)廣泛關(guān)注。

2 考慮臺(tái)風(fēng)空間位置的平均風(fēng)特性

2.1 平均風(fēng)速時(shí)程

本文采用Fang 等［3-4］發(fā)展的臺(tái)風(fēng)平均風(fēng)場(chǎng)解析模型。該模型由Fang 等根據(jù)西北太平洋臺(tái)風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料研究得到。為驗(yàn)證已有平均風(fēng)速模型的適用性，本文根據(jù)中國(guó)氣象局提供的臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)，采用Fang 模型模擬了上述4 次臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間橋址區(qū)的平均風(fēng)速時(shí)程。值得注意的是，《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3360-01—2018）［12］給出的平均風(fēng)速基本時(shí)距為10 min，與臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)1 h 的記錄間隔存在差異。因此，本文采用線(xiàn)性插值方法對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)展開(kāi)預(yù)處理，從而得到10 min 間隔的路徑數(shù)據(jù)，進(jìn)而為后續(xù)臺(tái)風(fēng)平均風(fēng)特性和脈動(dòng)風(fēng)特性分析提供便利。在此基礎(chǔ)上，模擬了4 次臺(tái)風(fēng)期間蘇通大橋南塔頂位置的平均風(fēng)速時(shí)程，并與實(shí)測(cè)風(fēng)速樣本進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖3所示。

圖3 實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速樣本與理論模擬風(fēng)速Fig.3 Measured typhoon wind speed samples and theoretical simulated wind speed

由圖3 可知，橋址區(qū)實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速變化主要分為兩類(lèi)趨勢(shì)。第一類(lèi)趨勢(shì)，臺(tái)風(fēng)逐漸靠近橋址區(qū)引起風(fēng)速升高，接著臺(tái)風(fēng)中心經(jīng)過(guò)橋址區(qū)，導(dǎo)致實(shí)測(cè)風(fēng)速發(fā)生先降低再升高的突變，此后臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)離橋址區(qū)，風(fēng)速逐漸下降，如圖3（c）和（d）所示。第二類(lèi)趨勢(shì)，臺(tái)風(fēng)靠近橋址區(qū)再逐漸遠(yuǎn)離，但臺(tái)風(fēng)中心未經(jīng)過(guò)橋址區(qū)，實(shí)測(cè)風(fēng)速表現(xiàn)為先升高再降低，如圖3（a）和（b）所示。對(duì)于第一類(lèi)變化趨勢(shì)，理論模擬風(fēng)速時(shí)程可反映臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼過(guò)境時(shí)出現(xiàn)的“M”型變化過(guò)程，但在臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼過(guò)境時(shí)模擬風(fēng)速相對(duì)實(shí)測(cè)風(fēng)速偏高。對(duì)于第二類(lèi)變化趨勢(shì)，理論模擬風(fēng)速時(shí)程與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，理論模型可有效模擬臺(tái)風(fēng)期間橋址區(qū)風(fēng)速變化特點(diǎn)。結(jié)合圖2 可知，臺(tái)風(fēng)中心路徑與橋梁位置較為接近時(shí)，如“利奇馬”和“溫比亞”，理論模型計(jì)算風(fēng)速與實(shí)測(cè)結(jié)果存在一定差異。反之，臺(tái)風(fēng)中心路徑距橋梁位置相對(duì)較遠(yuǎn)時(shí)，理論模型計(jì)算風(fēng)速可較好地預(yù)測(cè)實(shí)際風(fēng)速。

2.2 平均風(fēng)速剖面

平均風(fēng)速豎向分布是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素。中國(guó)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3360-01—2018）［12］中采用指數(shù)律模型來(lái)描述風(fēng)速沿豎直高度方向的分布。指數(shù)律風(fēng)速剖面模型作為一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅粡V泛應(yīng)用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)與分析領(lǐng)域。然而，已有研究表明，臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)中的風(fēng)剖面指數(shù)在較大范圍內(nèi)變化，且與觀測(cè)點(diǎn)距風(fēng)場(chǎng)中心距離有關(guān)。因此，現(xiàn)有固定指數(shù)的風(fēng)剖面模型不適用于臺(tái)風(fēng)全過(guò)程橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)。本文利用達(dá)維、?？?、溫比亞和利奇馬4 次臺(tái)風(fēng)期間塔頂和跨中兩個(gè)高度處的實(shí)測(cè)風(fēng)速，以T=10 min 為基本時(shí)距計(jì)算了上述兩個(gè)高度處的平均風(fēng)速，據(jù)此分析得到臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間的風(fēng)剖面指數(shù)，并研究了該指數(shù)與橋址區(qū)和臺(tái)風(fēng)中心距離L的變化關(guān)系，結(jié)果如圖4所示。

由圖4 可知，在距臺(tái)風(fēng)中心50 km 以上的外圍區(qū)域，橋址區(qū)實(shí)測(cè)風(fēng)剖面指數(shù)在0.2～0.6 范圍內(nèi)圍繞特定值波動(dòng)，與參考文獻(xiàn)［13］研究結(jié)果相符。臺(tái)風(fēng)達(dá)維、海葵、溫比亞、利奇馬過(guò)境期間的實(shí)測(cè)風(fēng)剖面指數(shù)分別 為0.3863，0.3814，0.3673 和0.3786，表明各次臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間，該參數(shù)基本保持一致。根據(jù)上述4 次臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算得到橋址區(qū)平均風(fēng)剖面參數(shù)為0.3784，大于《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3360-01—2018）［12］中推薦 的最大 值0.3。在距臺(tái)風(fēng)中心50 km 以?xún)?nèi)的區(qū)域，由于風(fēng)速變化劇烈，風(fēng)剖面指數(shù)變化較大，且相對(duì)低于外圍區(qū)域。值得注意的是，受限于橋上既有風(fēng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本文所采用的4 個(gè)風(fēng)速儀的安裝位置不在同一豎線(xiàn)上，且僅采用兩點(diǎn)的風(fēng)速不足以推算出更精確的風(fēng)剖面指數(shù)。因此，有必要進(jìn)一步積累臺(tái)風(fēng)全域?qū)崪y(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步研究平均風(fēng)速的空間分布規(guī)律。

同時(shí)，HM公司在制定服務(wù)方案時(shí)并未考慮客戶(hù)黏性，VIP制度的缺乏使得新客戶(hù)轉(zhuǎn)化為依賴(lài)性較高的老客戶(hù)變得較為困難，增加客戶(hù)的黏性是HM公司值得重視和急需解決的問(wèn)題。

3 考慮臺(tái)風(fēng)空間位置的脈動(dòng)風(fēng)特性

3.1 湍流強(qiáng)度

為研究湍流強(qiáng)度空間分布特性，首先，以T=10 min 為基本時(shí)距，計(jì)算了達(dá)維、海葵、溫比亞和利奇馬4 次臺(tái)風(fēng)期間橋塔頂順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)速均方差，并研究了脈動(dòng)風(fēng)速均方差隨L的變化規(guī)律，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 實(shí)測(cè)脈動(dòng)風(fēng)速均方差隨L 的變化關(guān)系Fig.5 Standard deviation of measured fluctuating wind speed varied with L

由圖5 可知，4 次臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)脈動(dòng)風(fēng)速均方差變化趨勢(shì)相似，均表現(xiàn)為隨橋址區(qū)與臺(tái)風(fēng)中心距離增大而減小。上述現(xiàn)象表明，距離臺(tái)風(fēng)中心越近的區(qū)域，風(fēng)速脈動(dòng)程度越高。根據(jù)上述變化趨勢(shì)，線(xiàn)性擬合得到脈動(dòng)風(fēng)速均方差σu隨距離L變化的關(guān)系表達(dá)式為：

上述關(guān)系式對(duì)應(yīng)圖5 中的虛線(xiàn)，除臺(tái)風(fēng)利奇馬脈動(dòng)速度均方差離散程度相對(duì)較大外，式（1）可反映實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)脈動(dòng)風(fēng)速均方差隨L的大致變化趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，采用上述理論表達(dá)式反算不同距離位置脈動(dòng)風(fēng)速均方差，據(jù)此模擬4 次臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí)的順風(fēng)向湍流強(qiáng)度，與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖6 所示。

圖6 實(shí)測(cè)湍流強(qiáng)度與理論模擬結(jié)果Fig.6 Measured turbulence intensity and theoretical simulation results

由圖6 可知，理論模擬湍流強(qiáng)度與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合，二者變化趨勢(shì)和變化范圍基本一致，驗(yàn)證了解析表達(dá)式的有效性。此外，由圖6（d）可知，臺(tái)風(fēng)利奇馬中心經(jīng)過(guò)橋址區(qū)，實(shí)測(cè)湍流強(qiáng)度高于理論模擬結(jié)果，但在靠近臺(tái)風(fēng)中心的區(qū)域內(nèi)，理論模擬可反映出實(shí)測(cè)湍流強(qiáng)度較高的特點(diǎn)。

3.2 陣風(fēng)因子

已有研究表明，陣風(fēng)因子與湍流強(qiáng)度具有較強(qiáng)的相關(guān)性。陣風(fēng)因子與湍流強(qiáng)度之間的關(guān)系常用下式表達(dá)［5］：

式中Gu為陣風(fēng)因子；Iu為湍流強(qiáng)度；k1和k2為待定參數(shù)；T為基本時(shí)距；陣風(fēng)持續(xù)期tg一般取為3 s。

計(jì)算4 次臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間塔頂陣風(fēng)因子，并采用式（2）表達(dá)陣風(fēng)因子和湍流強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而擬合得到參數(shù)k1和k2分別為0.2381 和0.7638，實(shí)測(cè)結(jié)果和擬合結(jié)果如圖7 所示。

圖7 陣風(fēng)因子與湍流強(qiáng)度的關(guān)系Fig.7 Relationship between gust factor and turbulence intensity

由圖7 可知，臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間，橋址區(qū)陣風(fēng)因子主要集中在1～1.5 的范圍內(nèi)。在此范圍內(nèi)，由擬合結(jié)果可知，式（2）所示非線(xiàn)性表達(dá)式可有效表征陣風(fēng)因子和湍流強(qiáng)度之間的關(guān)聯(lián)。此外，盡管少量高湍流區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與上述關(guān)系差異較大，但該表達(dá)式總體上與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好。因此，基于上述關(guān)系模型，可在模擬湍流強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步展開(kāi)陣風(fēng)因子的模擬，結(jié)果如圖8 所示。

圖8 實(shí)測(cè)陣風(fēng)因子與理論模擬結(jié)果Fig.8 Measured gust factor and theoretical simulation results

由圖8 可知，模擬的陣風(fēng)因子與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，表明采用理論模型可有效預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間橋址區(qū)陣風(fēng)因子。隨著距離L的增大，陣風(fēng)因子整體上呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的變化趨勢(shì)，表明在臺(tái)風(fēng)中部高風(fēng)速區(qū)域陣風(fēng)效應(yīng)較強(qiáng)，在臺(tái)風(fēng)外圍區(qū)域陣風(fēng)效應(yīng)相對(duì)較弱。

3.3 湍流積分尺度

對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)為：

式中x為隨機(jī)變量；μ和σ分別為變量對(duì)數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

為研究臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間橋址區(qū)湍流積分尺度的空間分布特征，將橋址區(qū)與臺(tái)風(fēng)中心的距離L劃分為0～100，100～200，200～300，300～400，400～500，500～600 和600～700 km 共7 個(gè)區(qū)間。計(jì)算各距離區(qū)間內(nèi)的順風(fēng)向湍流積分尺度，并利用式（3）擬合各區(qū)間湍流積分尺度的概率密度分布，結(jié)果如圖9所示。

圖9 不同距離區(qū)間湍流積分尺度概率分布特征Fig.9 Turbulence integral scale probability distribution in different distance intervals

由圖9 可知，各距離區(qū)間內(nèi)實(shí)測(cè)湍流積分尺度均集中在小于500m的范圍內(nèi)，在大于500m的范圍分布較少。此外，對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的概率密度擬合結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，可有效反映湍流積分尺度的概率分布特征。在此基礎(chǔ)上，利用擬合得到的對(duì)數(shù)正態(tài)分布均值，計(jì)算各距離區(qū)間內(nèi)的平均湍流積分尺度，以代表該區(qū)間內(nèi)的湍流積分尺度。同時(shí)，采用各距離區(qū)間中間值代表橋址區(qū)與臺(tái)風(fēng)中心的距離，以研究橋址區(qū)湍流積分尺度隨距離的變化關(guān)系。然而，由于臺(tái)風(fēng)中心區(qū)域內(nèi)風(fēng)場(chǎng)變化劇烈，僅有的少量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)難以反映此區(qū)域內(nèi)湍流積分尺度的空間變化規(guī)律。為此，本文僅采用線(xiàn)性擬合的方式，建立臺(tái)風(fēng)中心區(qū)域以外湍流積分尺度Lu的空間分布模型：

相應(yīng)的擬合結(jié)果如圖10 所示。

圖10 湍流積分尺度隨L 的變化關(guān)系Fig.10 Relationship between the turbulence integral scale and L

由圖10 可知，湍流積分尺度隨著距離的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。在距臺(tái)風(fēng)中心50 km 左右的區(qū)域內(nèi)，湍流積分尺度較小。隨著距離增大到距臺(tái)風(fēng)中心150 km 左右，湍流積分尺度達(dá)到峰值，研究表明此區(qū)域一般為臺(tái)風(fēng)的高風(fēng)速區(qū)域。在高風(fēng)速區(qū)外圍，隨著距離進(jìn)一步增大，湍流積分尺度以近似線(xiàn)性的變化趨勢(shì)逐漸減小，并在距臺(tái)風(fēng)中心650 km 左右的區(qū)域減小至初始水平。此外，在臺(tái)風(fēng)中心區(qū)域以外，所建立的湍流積分尺度空間分布關(guān)系模型可反映湍流積分尺度的基本變化特征。

4 結(jié)論

（1）基于臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)解析模型和臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間橋址區(qū)平均風(fēng)速時(shí)程模擬。在臺(tái)風(fēng)路徑未經(jīng)過(guò)橋址區(qū)的情況下，模擬效果相對(duì)較好。

（2）在臺(tái)風(fēng)中心以外區(qū)域，各次臺(tái)風(fēng)期間實(shí)測(cè)風(fēng)剖面指數(shù)相近，在0.2～0.6 范圍內(nèi)圍繞特定值波動(dòng)，且基本不隨橋址區(qū)與臺(tái)風(fēng)中心距離的變化而變化。

（3）橋址區(qū)實(shí)測(cè)脈動(dòng)風(fēng)速均方差隨橋址區(qū)與臺(tái)風(fēng)中心距離的增大而減小，且整體表現(xiàn)為線(xiàn)性變化趨勢(shì)。利用此線(xiàn)性變化趨勢(shì)，可有效模擬橋址區(qū)湍流強(qiáng)度的空間分布特征。結(jié)合陣風(fēng)因子與湍流強(qiáng)度的非線(xiàn)性關(guān)系，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)陣風(fēng)因子的有效反演。

（4）湍流積分尺度隨著橋址區(qū)與臺(tái)風(fēng)中心距離的增加而先增大后減小。在臺(tái)風(fēng)中心以外區(qū)域，所建立的湍流積分尺度空間分布關(guān)系模型可反映湍流積分尺度的基本變化特征。