wrf与cfd嵌套的局地台风风场数值模拟研究

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1、硕士学位论文WRF与CFD嵌套的局地台风风场数值模拟研究NESTEDWRFANDCFDFORNUMERICALSIMULATIONOFLOCALIZEDTYPHOONWINDFIELD杨剑哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU14/X43学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文WRF与CFD嵌套的局地台风风场数值模拟研究硕士研究生：杨剑导师：段忠东教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学

2、ClassifiedIndex:TU14/X43U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringNESTEDWRFANDCFDFORNUMERICALSIMULATIONOFLOCALIZEDTYPHOONWINDFIELDCandidate:YangJianSupervisor:Prof.DuanZhongdongAcademicDegreeAppliedfor:Master’sDegreeofEngineeringSpeciality:Ar

3、chitecturalandCivilEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在我国每年都会遭受数十个台风的袭击，由台风引起的暴雨、强风以及海浪潮等对我国东南沿海地区（特别是经济发达地区）造成严重威胁。为了提高预防台风灾害能力，减小台风造成的损失，需要获取近地

4、面台风风场信息，为台风风险分析以及台风作用下建构筑物抗风设计等提供条件。由于台风路径的不确定性和测试仪器的限制，实测获得台风风场往往是不现实的。最新一代中尺度天气预报和数据同化系统WeatherResearchandForecast（WRF）代表了当前中尺度模式领域最新的科研成果，它包括了目前最全面的大气物理过程和更为优化的动力框架，这使得WRF的应用前景将会更加广阔。本文采用WRF模式对历史上登陆我国东南沿海地区的三个台风案例做了数值模拟，并利用WRF模拟获得的数据为计算流体力学（CFD）模型提供

5、初始条件，以实现两个不同尺度模式之间的嵌套运算，完成台风风场精细化降尺度模拟，获得考虑局部地形影响的台风风场。本文介绍了中尺度WRF模式及其台风模拟的数值计算方案；针对局地地形台风风场模拟，结合CFD模型，提出了WRF和CFD嵌套的数值计算方案。采用WRF模式中的三种边界层方案，即YSU方案、Mellor-Yamada-Janjic（MYJ）方案和MRF方案，和三种积云对流参数化方案，即Kain-Fritsch（KF）方案、Betts-Miller-Janjic（BMJ）方案和Grell-Deven

6、yi（GD）方案的9种不同组合，对历史上三个台风案例：0812号台风“鹦鹉”、0814号台风“黑格比”和1003号台风“灿都”进行数值模拟，分析各种方案下WRF对台风路径、强度、台风近中心处最大风速、风向等的模拟效果。并建立了深圳市塘朗山地区的CFD模型，提取WRF模式对1003号台风“灿都”的高精度数值模拟结果，作为CFD模型的初始风场条件，实现WRF模式与CFD方法之间的数据传递，完成嵌套运算。对其模拟结果的分析表明，仅使用WRF模式不能精确模拟近地面台风风场特征，而将WRF模式与CFD嵌套运算

7、，可以很好地模拟近地面台风风场特征，其结果对工程应用有重要价值。关键词：台风风场；中尺度WRF模式；CFD方法；局地地形-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractDozensoftyphoonlandChinasoutheastcoasteachyear.Strongwinds,heavyrainsandhighstormsurgebroughtbytyphoonshavebeenaseriousthreattothesoutheastcoastalareasinChina.Theloss

8、isespeciallyhighineconomicallydevelopedareas.Inordertoimproveourcapabilitytopreventthiskindofdisastersandreducethelossescausedbytyphoons,typhoonwindfieldisneededtoprovidethenecessaryinputsfortyphoonriskanalysisandwindresistancedesignofs