风灾害

数值时，漩涡脱落的频率与桥梁自振频率接近，发生共振，颤振现
象。 30/67
• 斜拉桥
作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。
随着斜拉桥跨径不断加大斜拉桥索越来越长，拉索的振动问题日益突出。 工程师观察：风雨天气，拉索会产生大幅振动，达70cm，同时桥面也发生振
幅2.5cm振动。
雷暴风 龙卷风
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1.1.7 我国风气候特点
(1) 台风是我国发生频繁，受灾损失最大、影响范围最广的头号风
灾；东南沿海、华南、海南，广西山东天津辽宁也常受灾。 (2) 寒潮最为频繁国家之一，华北、西北的主要大风气候，常造成
危害，新疆的山口地区和内蒙古高原是我国著名的两大风趣，沙尘
暴、暴风雪伴随灾害严重。 (3) 龙卷风在我国影响区域不大，主要是中东部地区，多集中乡村
冷空气南下过程中，所经之地除气温急降外一定伴有大风，这种大
风称之为寒潮风。 是我国除台风以外的
主要破坏性风气候。
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1、风气候与风灾害
1.1.6 雷暴风
是由中小尺度的强对流天气雷暴、或颮线引起的，颮线是有若干雷
雨云单体排列而成的狭长雷暴雨带。 水平尺度5-100km，宽度1km至几km。
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1、风气候与风灾害
• 1.1风的气候与特性 1.1.1大气环流 地球大气层后度1000km
大气层内空气在太阳辐射与地球自传等多种因素共同作用下，沿 若干封闭轨迹运行的大尺度空气运动。
在南北半球形成四个高压带和3个低压带 （赤道低压、副极地低压， 极地高压带，副热带高压带) 三圈环流，受陆地及海洋分布不同，地球 四季温度变化因素等，实际因素更复杂
高压输电线塔被风破坏
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• 1.2.3 交通运输风灾
• 大跨度的桥梁是 细长轻柔的风敏结构。 • 最著名桥梁风灾是美国 “塔科马”大桥倒塌，1940年 7月1日通车，长1.8km，1940年 11月7日，在一阵67.62km/h“和风”吹拂下坍塌了。 • 研究结果表明，风经过桥梁断面时，气流从桥梁断面边缘脱落后产 生了规则的漩涡，在漩涡作用下桥梁产生了竖向振动，风速超过一
台风外围向中心风速激增，直径通常400-600km，大的时候1000km。
垂直方向上分为流入层、中间层和流出层。
台风眼
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垂直方向
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3）台风分级
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4）影响我国台风路径
大致概括为三条： • 菲律宾以东海面一直向西以东，经我国南海，在华南沿海和海南岛、越 南沿海登录，称为西移路径，4-6月 • 在菲律宾以东洋面向西北方向移动，横穿我国台湾和台湾海峡，在闽、 粤一带登录，或者穿过琉球群岛，在江浙一带沿海登陆，称为西北移路 径，7-8月份 • 转向路径，在菲律宾以东海面先向西北方向移动，以后转向东北，呈抛 物线状，只有一小部分在我国辽、鲁沿海登录，9月份以后 第二条对我国影响最大，对华东华南影响甚大。
防灾减灾学-风灾害
引
言
• 与阳光雨水一样，风是常见的自然现象，是我们生活的老 朋友。(清风徐来，水波不兴；狂风大作，暴雨倾盆。) • 风灾是世界上最严重的自然灾害之一，经常造成自然灾害 的有台风、龙卷风、寒潮风、雷暴风等。
• 风灾主要表现为：建筑物及其它工程设施破坏造成的财产
损失和人员伤亡，以及伴随的沙尘暴、洪水、泥石流等伴 生灾害。
洋、加勒比海和墨西哥湾等地区的热带气旋称为飓风。
台风的形成发展可分为挠动、增暖、加深和成熟四个阶段，在移动到亚 热带和温带地区遭遇冷空气后减弱或变为温带气旋，或者大陆登陆后，
逐渐消亡。
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2) 台风的结构 水平方向可分为台风外围、台风本体和台风中心。 北半球逆时针旋转，南半球顺时针旋转。
和农业生产上。
(4) 雷暴风遍布全国，长江中下游和西南地区，台风寒潮相对较弱， 雷暴风是主要的灾害性天气。
(5)青藏高原地势高，常年风势较大。
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1、风气候与风灾害
• 1.2 风灾害的种类与特点 • 1.2.1历史上的大风灾害及其破坏
风工程专家Davenport教授：约半数以上的自 然灾害与风有关。
风多来自西北太平洋，以南风、东南风影响我国东部沿海，如”梅
雨“。 冬季，北半球盛行北风或东北风，尤其亚洲东部沿岸，一直延伸到
赤道，来源于西伯利亚的冷高压区，气候寒冷干燥。每年影响中国、
印度、日本的寒潮大风就是东北季风的一部分。 19/67
•
1.1.5 季风、寒潮风
寒潮
寒潮是一种源自极地或寒带向中纬度或低纬度侵袭的强冷空气活动。 强度大、范围广：直径可达几千公里，高度也可伸展到数公里，因 此持续时间也较长，一般2-3天，有5-6级风力，最大10级。
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• 高速铁路
许多低速时可以忽略的现象高速时却十分重要，其中列车与空气的相
互作用是一个突出的例子。
列车提速引起空气阻力与隧道中压力波增大，产生噪声影响环境问题。 横风对列车的影响。新疆通车40年，13次翻车，累计翻车79辆。
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1、风气候与风灾害
1.1.4 龙卷风 龙卷风是地球上仅次于台风的灾害性大风，他是一个高速旋转的，以漏斗 状云柱为特征的强风漩涡，上部是一大片乌黑的积雨云，下部像吊在空中晃
晃悠悠的巨蟒，由高空垂向地面。
龙卷风产生于强对流的积雨云里。在中高纬度地区，底层大气极不稳定， 空气挠动十分剧烈，气温从地面20多度到顶部零下30多度，温差悬殊，热气
我国是雷暴风多发地区，大部分地区均有出现，在台风、寒潮影响
较少的西部和西南部，雷暴风往往是主要的灾害性风气候。 雷暴风有很强突发性，瞬时风力8-9级，个别11-12级。风向极具变 化，有很强的破坏性，往往夹杂暴雨、冰雹。 小尺度天气系统，形成发展过程十分迅速，可预报时间短，很难作 出准确的预报。 22/67
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1、风气候与风灾害
1.1.3 台风(飓风)
1) 台风的分布、成因
台风（飓风）是热带洋面上形成的一种很强烈的热带气旋。绕着自身 的漩涡中心急速旋转，同时快速移动，给经过的区域带来狂风暴雨。
一般分布于赤道5－25度范围内的热带洋面上
西北太平洋和大西洋是热带气旋的多发地区。 通常把发生于西北太平洋和南海一带的热带气旋称为台风，发生与大西
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1、风气候与风灾害
1.1.2 边界层风 人类生活和社会实践均发生于边界层，是认识和研究 风灾害最为关注的。 从地表到高空，大气圈分为对流层、平流层、中层、热层。靠近地面 的叫做对流层，集中了80％的质量，厚度1.2～1.5km，发生于该层的 叫做边界层风。 风吹过地表，会对空气流动产生阻挡和摩擦作用，使之速度降低， 风湍流强度增大，1500m以上地面粗糙元影响基本消失，风速最快， 称为自由大气，这个高度称为梯度高度，该处风速称为梯度风速。梯
上升冷气下降。
尺度比台风小的多，直径几十米－几百米，最大1000m。持续时间短促，几 分钟～几十分钟，最多几个小时。风速强，最大风速可达200m/s,比台风大好
几倍，移动速度平均15m/s，移动路径也就10km左右。
由于水平气压梯度大，具有很大吸吮作用”龙取水“”鱼雨“”钱雨“等。 17/67
重点问题之一。
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• 海洋工作平台
• 海洋工作平台在施工、运行及使用期都受 到风的影响，
风力是近海结构设计中的一个重要因素，同时还要考虑风
与海浪的共同作用。 • • 风力导致的动力相应放大作用非常突出。 近海平台边缘气流复杂，直接影响直升机在近海平台起降 坪附近的飞行，构成了直升机的潜在危险。
• 美国芝加哥西北80英里外的小镇费尔代尔(Fairdale)于4月9日晚遭受龙
卷风袭击,几乎被夷为平地。 • 佛山龙卷风灾害多发年均1.2次。
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风灾研究的历史
• 明朝时期，宋应星《天工开物》就有风灾的叙述。
• 19世纪，工程建设开始贯彻抗风理念，1889年法国“艾菲
尔在建造铁塔时研究了抗风问题，在塔上进行了风特性及
案例：1997年我国杨浦大桥拉索发生大幅风雨激振，2000年再次激振，部分 拉索锚具破坏；
2001年南京长江二桥通车前发生大幅风雨激振，拉索根部油阻尼器损害。
2001年洞庭湖大桥斜拉索产生严重风雨激振，拉索不断撞击桥面保护筒。 1998年丹麦国际桥梁空气动力学会议，将拉索风雨激振确定为一段时间内四大
都按自己的方法来表示。当时英国有一个叫蒲福的人，他仔细观察了
陆地和海洋上各种物体在大小不同的风里的情况，积累了五十年的经 验，才在1805年把风划成了13个等级。
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风的分级划分
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风力等级歌谣
• • • • • • • • • • • • 0 级烟柱直冲天； 1 级轻烟随风偏； 2 级轻风拂脸面； 3 级叶动红旗展； 4 级风吹飞纸片； 5 级小树随风摇； 6 级举伞有困难； 7 级迎风走不便； 8 极风吹树枝断； 9 级屋顶飞瓦片； 10 级拔树又倒屋； 11、12 级陆上很少见。
边界层风示意图
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风 向 命 名 符 号
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• 唐朝初期还没有发明测定风速的精确仪器，但那时已能根据风对物体 征状，计算出风的移动速度并定出风力等级。李淳风的《现象玩占》
里就有这样的记载：“动叶十里，鸣条百里，摇枝二百里，落叶三百
里，折小枝四百里，折大枝五百里，走石千里，拔大根三千里。” • 两百多年以前，风力大小仍没有测量的仪器，也没有统一规定，各国
1、风气候与风灾害
我国华东、华南是龙卷风多发地区。美 国中部地区是世界上龙卷风最频繁，受 灾最严重的地区。 突然性，生成发展消亡快，难以预测.
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1、风气候与风灾害
1.1.5 季风、寒潮风 季风、信风、落梅风、黄雀风等。
季风形成的原因主要是海洋与陆地之间热力环流的季节性变化。
夏季，北半球盛行西南和东南风，尤以印度洋和南亚地区最明显， 气流温暖湿润，带来大量降雨。西南季风多来自南印度洋，东南季
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近几年发生著名的风灾
• 2005年8月美国新奥尔良飓风“卡特里娜”，千人死亡，损失千亿美元。
• 2004年浙江省台风“云娜”,死亡180人，损失200亿人民币。 • 2008年5月6日，缅甸飓风，死亡15000余人 • 2008年9月古巴“古斯塔夫”“艾克”飓风，死亡 • 美国20世纪最惨重的十大灾难有3次是飓风的影响。
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记录在案的国外重大风灾
• 1703年11月26日，巨大风暴袭击英国南部，死亡8000多人。
• 1737年，印度“加尔各答”飓风，30万人死亡。
• 1900年9月，美国“加尔维斯顿”飓风，6000多人死亡，美国历史上 危害最大的飓风。 • 1970年11月12日，孟加拉国飓风，240km时速，30多万人死亡，20世 纪最大的飓风灾难。 • 1991年4月29，孟加拉国沿海飓风及海啸，死亡13.8万。 • 2005年，“卡特里娜”飓风淹没新奥尔良80％，损失1000亿美元。
度高度以上风速风向基本不随高度变化。
从风工程研究角度看：边界层分为离地高度2m以下，2m－100m下部 摩擦层，100m～梯度高度。 7/67
• 下部摩擦层，大气受地面粗糙 元不均匀影响，风有明显的阵 风和湍流特征 • 上部摩擦层，气流除了受下垫 面湍流粘性外，还受气压梯度 力和地球自传力的共同影响， 风特性变化也很明显。 • 地面粗糙度一般分4个等级，海 洋与平原，郊区平坦开阔地形， 城市市区，大城市中心。用风 速廓线表示
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中国风灾记录
2004“云娜”
2006“碧利斯” 2006“桑美”
2005“麦莎”
防灾减灾 问题严重
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• 1.2.2建筑物及构筑物风灾跨越输电线塔体系是一种重要 的高耸结构，线与塔两者在风力
作用下相互影响，形成输电塔线
耦合体系，共同作用尤为显著。
风致位移影响。1940年美国塔科马悬索桥在风作用下倒塌， 引起工程界震惊，现代风研究开始－－－－－ • 大型工程建设离不开风的研究。 • 荷兰、挪威等国的风力发电技术----
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课程学习的内容
• 风气候与风灾害
• 抗风减灾技术 • 防风减灾与应急反应
风的气候与特性 风灾害种类与特点
抗风减灾研究的方法 城市建筑及构筑物抗风减灾 城市风环境及风振舒适性 风灾预报及预警 政府风灾应急体系 财产保险及重建 风灾应急措施