哈工大结构风工程

Required Course for Undergraduate Students

结构抗风设计原理

Wind-resistant Design for Structures

武岳孙瑛

Harbin Institute of Technology

第章§1 风工程概论

第一章风工程概论1.1

1.1 风的成因与灾害

风的成因与灾害

1.2

1.2 风工程学科的发展与现状

风工程学科的发展与现状1.3

1.3 本课程学习内容与方法

本课程学习内容与方法

你了解风吗

你了解风吗？

⏹为什么冬天常吹西北风？

为什么山雨欲来风满楼

⏹为什么“山雨欲来满楼”？

⏹为什么哈尔滨没有台风？

风力级别

蒲氏风力等级表（1）

蒲氏风力等级表（2）

11风的成因类型与灾害1.1 风的成因、类型与灾害

风的成因、类型与灾害1.1

★风的成因

风是空气相对于地表的运动，是由太阳对地球表面大气的加热不均匀引起的。

由于压差引起的大气流动赤道与北极间的大气环流

影响大气流动的因素十分复杂，其中较为主要的有：热力学效应和科里奥利效应。

热力学效应：

b

1

a

热力环流模型(Humphreys 1929A B (Humphreys,1929

)

c 2

地球自转偏转力效应：由于地球旋转产生的偏向力，使得在北半球移动的物体向右偏斜，而南半球移动的物体向左偏斜的现象。

大气环流
60° 30°
0°
§1.1 风的成因、类型与灾害 极地东风带
西风带 信风带
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★ 风的类型
§1.1 风的成因、类型与灾害
 季风（ Monsoons）  热带气旋（Tropical Cyclones）  雷暴 （Thunderstorms）  龙卷风（Tornadoes）  温带气旋 （Extratropical Cyclone)
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季风（Monsoons）
§1.1 风的成因、类型与灾害
由于热力作用产生的季节性大气环流，亚洲受季 风的影响非常显著。
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§1.1 风的成因、类型与灾害
热带气旋 (Tropical Cyclones)
 是一种强烈的空气漩涡。
 按照漩涡中心附近的平均最大风力，可分为热带 低压、热带风暴、强热带风暴、台风（飓风）。
 热带气旋的形成条件：
 纬度5~20度之间的热带洋 面上；
 洋面温度要保持27摄氏度 以上。
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世界范围内的台风分布
§1.1 风的成因、类型与灾害
18

台风的结构
§1.1 风的成因、类型与灾害
 台风直径为100km~2000km，厚度约为10~12km。
 其结构分为台风眼、涡旋风雨区、外围大风区 三部分，从中心向外呈同心圆状排列。
台风眼
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台风风速记录
§1.1 风的成因、类型与灾害
Temporal Variation of Wind Speed
(Hurricane Celia, 1970)
Maximum Peak Gust
19:00
20:00 21:00
22:00 23:00
24:00 1:00 Cook, 198320

热带气旋等级
§1.1 风的成因、类型与灾害
 热带低压(TD) : 10.8-17.1 米/秒，风力6-7 级
 热带风暴(TS) : 17.2-24.4 米/秒，风力8-9 级
 强热带风暴(STS): 24.5-32.6 米/秒，风力10-11 级
 台风（TY）:
32.7-41.4 米/秒，风力12-13 级
 强台风（STY）: 41.5-50.9 米/秒，风力14-15 级
 超强台风（Super TY）≥51.0 米/秒，风力16级或以上
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萨菲尔-辛普森飓风等级
§1.1 风的成因、类型与灾害
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龙卷风（Tornadoes）
§1.1 风的成因、类型与灾害
一种漏斗状的大气涡旋，直径在300m左右。切 向速度可达350km/h，是所有风中最强的。
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雷暴( Thunderstorms , microburst )

是伴有雷击和闪电的局地强对流天气，发生的必要条件是暖湿空气的上升运动，当上升空气中所含的水蒸汽凝结就会产生大规模的降雨，并形成很强的下沉冷气流，气流在地面以壁急流形式扩散。

雷暴的形成

雷暴环状涡流结构

g

Ring Vortex

(Chris Letchford, Texas Tech University)

温带气旋（Extratropical Cyclone)出现在中高纬度地区的近似椭圆形的空气涡旋，1000km，持续时间

，持续时间22-6天，是影响大范围天气直径平均1000km

直径平均

变化的重要天气系统之一。

温带气旋发生地区

几种主要风类型的比较

季风

台风龙卷风下击暴流温带气旋m

～空间尺度——几百km

几百m 1020km 近千km <30m/s 30~50m/s

可达100－

200m/s 可达

<30m/s 最大风速200m/s 60m/s 破坏力小较强最强强较小影响范围大较大直线～局部区域

大

12公里

持续时间

长

几天

<1h <1h <1h <1h 几天