三门湾滨海地区风参数分析与评估_开题报告

1.1研究意义和背景

在沿海大型工程设计中，为了保证建筑物等设施的安全与经济性，需要对工程所面临的气象灾害进行评估，以便对气象灾害进行针对性的防护，尤其是需要对工程上可能出现的最大风速、最大降水等极端天气事件进行估计，以便做到在保证设施安全可靠的基础上能保证一定的经济性。在各种气象参数中，风荷载成为最主要的荷载之一。在沿海工程中不仅要承受过去一个时段内的风速，还要保证某一规定期限内的结构能安全可靠的承受可能经受的风速。风荷载与设计风速的平方成正比，设计风速取值越高，工程抗击风的能力就越强，发生超越设计风速的概率就越低，海洋工程安全运行的保证率就越高，但随之导致工程造价也增加，而设计风速取值太小则不安全，甚至会造成安全事故，引发巨大经济损失。因此极值风速等气象参数的计算就显得非常重要[1-2]。不同工程对气象设计参数要求也有所不同，比如500kV 送电线路按当地 20m高30a一遇最大风速设计，铁路桥涵一般考虑承受当地20m高100a一遇最大风速冲击，核电站需要以 10m高100a一遇最大风速作为设计基准。由此可见，分析最大风速的变化规律和准确推算不同重现期的最大风速值，对建筑工程的安全有着重要的科学意义和工程价值。

三门湾位于浙江省中部，是座天然的半封闭海湾，湾口面向东南，有石浦水道与东海相通外，三面环陆。湾内长40多公里，宽约10多公里，低潮总面积390余平方公里，平均水深约9米，有6个良好的深水港汊和淤泥舌状滩地分布其间。环三门湾依次有象山、宁海、三门三个县，总面积12128平方公里，是浙江省区域面积仅次于杭州湾的第二大海湾。流速湾口1.5～2.5节，蛇蟠水道2.3～3.3节。三门湾属规则半日潮，湾口大潮升6.2米，小潮升4.7米，平均海面3.5米。潮流基本顺水道而流；流速湾口1.5～2.5节，蛇蟠水道2.3～3.3节。与一般半封闭型港湾相比，三门湾内外水体交换速度与自净能力超群，水体交换周期仅为一天，区域环境承载力较强。历史上三门湾受台风灾害影响较为严重[3]，强台风会对三门湾沿岸造成巨大的人员伤亡和财产损失。台风不仅自身具有巨大的破坏性，还会带来严重的次生灾害，如强降雨和风暴潮等，导致海水会漫过堤坝，淹没农田及生活设施，而且三门湾内存在三门核电等重要工程，因此对三门湾内的极端气象要素参数进行评估具有重要的现实意义。

图1 三门湾地理位置示意图

1.2国内研究现状

王浩[4]讨论了不同水域对气象参数的影响，并给出了其对温度、湿度、风速和降水正负影响的大致数值范围，研究表明沿海地区气象参数受海洋的影响较为显著，其特征与内陆具有较大的差异性。比如由于气流受地面摩擦影响，风速强度由沿海向内陆是逐渐衰减的。一般而言，在距海较近范围内风速随距海距离呈负斜率线性衰减，随着距离的增大，其衰减呈指数型曲线衰减，且有逐渐接近常值的趋势。随着极值理论的发展，许多学者把极值理论引入到极值风速的计算。在计算极值风速过程中，误差主要来自3个方面：样本的选取、模型的选取和模型拟合中的参数估计[5]。在过去的几十年中，大量学者和工程人员通过理论推导和统计计算对极值理论在风速领域方面的应用做了大量研究，以期减小计算中的各个环节的误差，提高极值风速的计算精度。在工程设计中，海洋气象参数的长期统计分析普遍采用分布、Fisher-Tippett分布、Gumbel分布等概率模型。考虑到台风每年对我国不同海区都会造成不同程度的影响，许多学者提出了复合极值分布理论，并先后将泊松-Gumbe1分布用于台风影响海域的波高和风速的极值预测，并采用泊松P-Ⅲ分布对风暴潮增水进行极值预测[6-7]。据不完全统计，我国核电站、码头、防波堤、围垦工程、水利工程等普遍使用复合极值分布理论成功的进行了设计参数的重现期的估算。乐群等[8]通过对西北太平洋台风活动和中国沿海登陆台风暴雨及大风气候特征的研究，应用经验分布函数分布估计未来 20，30，50年一遇的登陆台风的最大降水量和最大风速，得出50年一遇的极值与相应的历年出现的最大风速基本相符。设计风速主要依据气象台站逐年最大风速资料确定，气象台站由于受周边环境影响，导致实测风速逐年偏小，因此移用到工程处需要进行设计风速修正[9]。

1.3 国外研究现状

Kodama等[10]通过设置多个观测值，并利用其观测数据分析了水体带来的湖陆风、局地变暖和极端气温抑制等效应。在极端风速统计分析中，美国采用极值Ⅱ型分布，加拿大采用极值 Ⅲ型分布。此外，国外也经常采用数值模拟方法进行极端气象参数的计算，比较流行的是MM5和WRF等中尺度数值模型[11-12]，气象数值模式的原理是大气运动方程组的简化，能够利用数值模型对大陆近海、海峡或海面冷空气大风天气过程进行模拟预报，能较好模拟区域的风场演变、突变及分布特征，但由于参数化方案不尽完善，而近地层风速具有很大的波动性，因此计算结果波动较大。Chen 等利用MM5模式对缅因湾海面气象场进行预报，风速预报结果要优于风向结果[13]。美国的Russell最早采用经验的台风模型计算模拟台风产生的极值风速并应用于墨西哥湾的台风风速预测[14]。

1.4 总结

由于历史气象观测手段的局限性，往往缺乏长时间序列的极大风速资料，而对于核安全相关构筑物，更加关注100年一遇甚至1000年一遇的极端气象参数。因此考虑到三门湾内存在三门核电等工程，本文拟利用其周围气象台站积累的长时间气象观测数据，采用多种概率分布函数对设计风速等气象参数进行计算，并对结果进行比较分析，探讨三门湾沿岸极端气象参数的特征规律。

二、^范文提纲

1 引言

1.1 研究背景

1.2 研究意义

2 三门湾沿岸气候特征

2.1 气温特征

2.2 风速特征

2.3 降水特征

3 极端温度计算

3.1 温度数据介绍与选取

3.2 设计基准温度

4 极端风速

4.1 风速数据介绍与选取

4.2 设计基准风速

5 三门湾沿岸热带气旋评估

5.1 三门湾沿岸台风特征统计

5.2 三门湾沿岸可能最大台风参数推算

4 极端降雨

4.1 可能最大降水推算

4.2考虑暴雨情形下最大降水推算

5 结论与展望

三、参考文献

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