最大風(fēng)速臺風(fēng)海面計算

臺風(fēng)海面最大風(fēng)速是表征臺風(fēng)強度的重要要素之一，它對海上石油平臺、碼頭等最大設(shè)計風(fēng)速、最大波高的計算均具有十分重要的意義。由于目前利用氣象衛(wèi)星、雷達(dá)跟蹤和飛機偵察等現(xiàn)代化的儀器裝備，仍然很難準(zhǔn)確地獲得臺風(fēng)最大風(fēng)速，利用實測臺風(fēng)最大風(fēng)速與臺風(fēng)中心最低氣壓所建立的統(tǒng)計方程則常常性能不穩(wěn)定。

臺風(fēng)在海上生成以后，熱帶預(yù)報員面臨著如何預(yù)報臺風(fēng)的路徑和強度變化的兩個問題。 異常路徑和強度變化的研究,，可以為這兩類預(yù)報問題提供理論支撐。長期以來關(guān)于強度變化的可能原因是從三個方面去探索的, 即非絕熱加熱的影響, 包括洋面加熱和臺風(fēng)環(huán)流區(qū)域內(nèi)的潛熱釋放、高空槽的作用和島嶼的地形強迫。最近，有學(xué)者從天氣學(xué)的角度提出了臺風(fēng)強度變化的一種新的可能機制。即相鄰中尺度渦旋與臺風(fēng)渦旋的相互作用可以使臺風(fēng)加強。

在無強迫無耗散的框架內(nèi), 一個中尺度渦旋與臺風(fēng)渦旋的相互作用在一定時段內(nèi)可激發(fā)出臺風(fēng)強度的增強。 在一定的合理的參數(shù)范圍, 臺風(fēng)環(huán)流區(qū)域內(nèi)的中尺度渦旋與臺風(fēng)渦旋的相互作用, 可以在臺風(fēng)環(huán)流的局域, 形成一個強切向風(fēng)速中心, 與無相互作用的情況相比, 其切向風(fēng)速的最大值增加了4m/s。目前臺風(fēng)界分析中尺度渦旋和臺風(fēng)渦旋相互作用的若干研究仍部分采用正壓模式。

每日的10分鐘平均最大風(fēng)速和瞬間極大風(fēng)速是地面氣象觀測的項目。其中，每日的10分鐘平均最大風(fēng)速(也稱日10分鐘最大風(fēng)速)資料多取自EL型電接風(fēng)向風(fēng)速儀或EN型風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀；每日的瞬間極大風(fēng)速(也稱日極大風(fēng)速)資料多取自EN型風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀、或達(dá)因測風(fēng)儀、或其它新型的測風(fēng)設(shè)備。

從地面氣象觀測的規(guī)定可知，平均風(fēng)速實際上是一段時間內(nèi)瞬間風(fēng)速的平均，一段時間內(nèi)的瞬間風(fēng)速越大則平均風(fēng)速也愈大。因此，平均最大風(fēng)速與瞬間極大風(fēng)速有一定的關(guān)系或有因果的關(guān)系。

評估10分鐘平均最大風(fēng)速和極大風(fēng)速記錄正確性的客觀方法：

( 1) 以日極大風(fēng)速資料為 Y、日10 分鐘最大風(fēng)速為 X , 建立回歸方程和評估方程。多站用的評估方程( 如全省通用) , 用多站的資料進(jìn)行回歸分析; 單站用的評估方程, 則可用單站或同類儀器站的資料分析會更為準(zhǔn)確。

( 2) 使用評估方程進(jìn)行資料準(zhǔn)確性的審核。把實際觀測到的日10分鐘最大風(fēng)速值代入評估方程, 以計算出的 Y 值估計量與日極大風(fēng)速實測記錄比較, 若超出 95% 預(yù)報置信估計區(qū)間的, 應(yīng)把日 10 分鐘最大風(fēng)速和日極大風(fēng)速記錄作為可疑記錄處理, 對這兩記錄作進(jìn)一步的檢查, 人工判別其是否準(zhǔn)確。

( 3) 把通用的評估方程寫入地面氣象報表審核程序中, 以日極大風(fēng)速值在95% 預(yù)報置信估計區(qū)間以外作為記錄疑誤提示的一個指標(biāo), 實現(xiàn)對日10分鐘最大風(fēng)速與極大風(fēng)速記錄準(zhǔn)確性的客觀判別。

對極大風(fēng)速或10分鐘最大風(fēng)速的數(shù)據(jù)估計：

(1) 當(dāng)日10分鐘最大風(fēng)速記錄正常、日極大風(fēng)速缺測, 而在業(yè)務(wù)、服務(wù)、氣候評價等工作中又需要估計極大風(fēng)速數(shù)值時( 如臺風(fēng)過程出現(xiàn)日極大風(fēng)速值缺測) , 可以通過評估方程求出日極大風(fēng)速值的估計值。

(2) 當(dāng)日極大風(fēng)速值記錄正常、日10分鐘最大風(fēng)速缺測, 也可以通過評估方程得出10分鐘最大風(fēng)速估計值( 最好重新建立評估方程，把10分鐘最大風(fēng)速為 Y, 極大風(fēng)速為 X , 取 8 個站的資料進(jìn)行回歸分析，得到回歸評估方程為：最大風(fēng)速 Y = 086 0502±1.50) 。

龍卷風(fēng)的最大風(fēng)速半徑

對于龍卷風(fēng)最大風(fēng)速半徑的了解非常重要，因為密封建筑物內(nèi)的氣壓變化可能導(dǎo)致建筑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷。大部分建筑物每28立方米體積就會有一平方英尺的開口以便平衡結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部之間的空氣壓力。氣壓變化幅度大約相當(dāng)于最大風(fēng)速半徑數(shù)值的一半，龍卷風(fēng)的最大風(fēng)速半徑通常都是其中心或風(fēng)眼向外約46米到150米之間。通過雷達(dá)測風(fēng)儀實際測得的龍卷風(fēng)中最寬的一個是1999年在俄克拉荷馬州北部洛根縣和佩恩縣交界處小鎮(zhèn)馬爾霍爾（Mulhall）出現(xiàn)的，該州1999年出現(xiàn)了龍卷風(fēng)的大爆發(fā)，其最大風(fēng)速半徑超過800米。

熱帶氣旋的最大風(fēng)速半徑

熱帶氣旋的最大持續(xù)風(fēng)速最大，最大風(fēng)速半徑也就越小。經(jīng)過觀察還確認(rèn)，強烈熱帶氣旋產(chǎn)生降雨量最多的通常都在最大風(fēng)速半徑以內(nèi)。

最大風(fēng)速半徑有助于確認(rèn)熱帶氣旋會直接襲擊的地點。如果一個熱帶氣旋接近陸地到最大風(fēng)速半徑范圍內(nèi)，那么就可以認(rèn)為這個熱帶氣旋對該地進(jìn)行了直接襲擊。最大風(fēng)速半徑還有在熱帶氣旋最大潛在強度的計算公式中使用，這個公式就是依靠熱帶氣旋最大風(fēng)速半徑附近的風(fēng)速來確認(rèn)其最終潛力。

熱帶氣旋產(chǎn)生最強烈風(fēng)暴潮的范圍通常會與最大風(fēng)速半徑重合。因為熱帶氣旋內(nèi)最強烈的風(fēng)都處在最大風(fēng)速半徑內(nèi)，這一區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的海浪也最為強烈，并且海浪還會以最終以風(fēng)暴中心為圓心向外漂移。熱帶氣旋會把三倍于最大風(fēng)力半徑范圍內(nèi)的海水混合，并且由于上升流的作用而降低海洋表面的海水溫度。

測量

最大風(fēng)速半徑傳統(tǒng)上是由偵察機來進(jìn)行測量。并且也可以通過在天氣圖上測量氣旋中心與系統(tǒng)最大壓力梯度之間的距離來確定。使用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過測量紅外衛(wèi)星圖像上頂端云層溫度最低的位置到風(fēng)眼中溫度最高部分之間的距離，也可以測定最大風(fēng)速半徑。這種方法可行的原理在于，熱帶氣旋中最強烈的氣往往位于其最深層對流中，在紅外衛(wèi)星圖像上，最深層對流也就是溫度最低的頂端云層。此外，多普勒氣象雷達(dá)的速度數(shù)據(jù)也可以用來測算龍卷風(fēng)和靠近海岸熱帶氣旋的這一參數(shù)。

最大風(fēng)速（maximum wind speed）是指給定時段內(nèi)的10分鐘平均風(fēng)速的最大值。極大風(fēng)速是指給定時段內(nèi)的瞬時風(fēng)速的最大值。比如挑取一天最大風(fēng)速就是在這一天內(nèi)任意的10分鐘平均值的最大者為日最大風(fēng)速；一天的極大風(fēng)速就在這一天內(nèi)瞬時（一般是指1s）風(fēng)速的最大值。 說的簡單點就是最大風(fēng)速是個平均值，極大風(fēng)速是個瞬時值。在指定的同一時段內(nèi)，極大風(fēng)速永遠(yuǎn)大于等于最大風(fēng)速，絕大部分情況下極大風(fēng)速大于最大風(fēng)速。

熱帶氣旋等級國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 19201-2006)已于2006年5月9日經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)發(fā)布，定于2006年6月15日起正式實施。增加了“強臺風(fēng)”和“超強臺風(fēng)”兩個等級。

熱帶低壓(TD)：最大風(fēng)速為10.8～17.1米/秒，底層中心附近最大風(fēng)力6-7級；

熱帶風(fēng)暴(TS)：最大風(fēng)速為17.2～24.4米/秒，風(fēng)力8-9級；

強熱帶風(fēng)暴(STS)：最大風(fēng)速為24.5～32.6米/秒，風(fēng)力10-11級；

臺風(fēng)(TY)：最大風(fēng)速為32.7～41.4米/秒，風(fēng)力12-13級；

強臺風(fēng)(STY)：最大風(fēng)速為41.5～50.9米/秒，風(fēng)力14-15級；

超強臺風(fēng)(Super TY)：最大風(fēng)速為51.0以上米/秒，風(fēng)力16級或以上。

世界上風(fēng)力資源最多的是世界第七大陸——南極洲。在那里，一般的風(fēng)速是17-18米/秒，最大風(fēng)速可達(dá)75米/秒以上。但是，南極洲的最大風(fēng)速并不是世界的最大風(fēng)速。我國海南島瓊海縣，1973年4月，一次臺風(fēng)過境時，估計風(fēng)速有81米/秒。日本的室戶岬，1961年4月的一次臺風(fēng)過境時，風(fēng)速曾達(dá)到84.5米/秒。1934年，美國華盛頓測到了103.2米/秒的風(fēng)速，這才算是世界上最大的風(fēng)速。

據(jù)中國天氣網(wǎng)消息，2014年19日7時10分，臺風(fēng)“威馬遜”在廣西防城港市光坡鎮(zhèn)沿海登陸，雖然已經(jīng)是24小時之內(nèi)的第三次登陸，但三顧華南的“威馬遜”勢力依然強盛，登陸時中心附近最大風(fēng)力有15級（48米/秒），防城港城區(qū)多地監(jiān)測到12級（118km/h）以上的強風(fēng)，局地還曾出現(xiàn)接近17級(202km/h)的強風(fēng)。那么這種風(fēng)速相當(dāng)于怎樣的概念？

眾所周知，我國高速公路的限速為時速120公里，按此標(biāo)準(zhǔn)，臺風(fēng)登陸后三小時內(nèi)防城港城區(qū)多個監(jiān)測站的瞬時風(fēng)速都超過了120km/h，尤其臺風(fēng)剛剛登陸時城區(qū)監(jiān)測到的風(fēng)力還曾達(dá)到201km/h，超過國內(nèi)高速限速上限60%以上，按照我國交通法第九十九條的規(guī)定，高速公路上超速50%以上的構(gòu)成危險駕駛，將被處以吊銷駕照的懲罰，這種程度的強風(fēng)甚至比一個專業(yè)男子網(wǎng)球運動員的強勢發(fā)球具有更強的沖擊力，幾乎接近女子網(wǎng)球員大威廉姆斯的極限發(fā)球速度。 2100433B

客運專線高速列車安全運行的風(fēng)險值研究至關(guān)重要。通過對最大瞬時風(fēng)速和大風(fēng)盛行風(fēng)向的研究分析，得出高速列車傾覆的風(fēng)險值及線路與風(fēng)向夾角，對客運專線高速列車安全運行構(gòu)成一定影響，為客運專線大風(fēng)天氣下列車安全運行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)論：以最大瞬時風(fēng)速2年一遇設(shè)計值確定高速列車安全運行風(fēng)險度或車速限值：當(dāng)K2-max〉30．0m/s時列車停運、30．0m/s≤K2-max≤20m/s時列車限速、K2-max≤15．0m/s時列車正常運行。最大瞬時風(fēng)速2年一遇設(shè)計風(fēng)速為客運專線高速列車安全運行提供了一個具有安全性，又有風(fēng)險度等級的直觀評判指標(biāo)。 2100433B

最大瞬時風(fēng)速，某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時風(fēng)速值。 在實際應(yīng)用過程中通常是指某一時間內(nèi)的平均風(fēng)速，這個時間段的長短通常與測量儀器的反應(yīng)相關(guān)。如龔德俊（1979）等人研制的一種以數(shù)碼形式輸出的測風(fēng)裝置在測量最大瞬時風(fēng)速時每次測量反應(yīng)最短時間需要10s，因此作者將測量結(jié)果中測量時間為10秒的風(fēng)速極大值。 隨著測量儀器的改進(jìn)，在實際應(yīng)用中最大瞬時風(fēng)速值通常是指3秒鐘（3秒陣風(fēng)）的滑動平均風(fēng)速。

風(fēng)是空氣流動時產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象?？諝饬鲃佑猩舷铝鲃雍妥笥伊鲃?，上下流動為垂直運動，也叫對流；左右流動為水平運動，也就是風(fēng)。風(fēng)是一個矢量，用風(fēng)向和風(fēng)速表示。當(dāng)前，風(fēng)速測量的儀器主要有下列幾種：

最大瞬時風(fēng)速風(fēng)杯風(fēng)速計

風(fēng)杯風(fēng)速計是最常見的一種風(fēng)速計。轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計最早由英國魯賓孫發(fā)明，當(dāng)時是四杯，后來改用三杯。它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應(yīng)部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)杯繞軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速可以用電觸點、測速發(fā)電機或光電計數(shù)器等記錄。

最大瞬時風(fēng)速葉輪風(fēng)速儀

風(fēng)速計的葉輪式探頭的工作原理是基于把轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成電信號，先經(jīng)過一個臨近感應(yīng)開頭，對葉輪的轉(zhuǎn)動進(jìn)行“計數(shù)”并產(chǎn)生一個脈沖系列，再經(jīng)檢測儀轉(zhuǎn)換處理，即可得到轉(zhuǎn)速值。

最大瞬時風(fēng)速熱線風(fēng)速計

一根被電流加熱的金屬絲，流動的空氣使它散熱，利用散熱速率和風(fēng)速的平方根成線性關(guān)系，再通過電子線路線性化（以便于刻度和讀數(shù)），即可制成熱線風(fēng)速計。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長為2mm；最小的探頭直徑僅1μm，長為0.2mm。根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。為了增加強度，有時用金屬膜代替金屬絲，通常在一熱絕緣的基體上噴鍍一層薄金屬膜，稱為熱膜探頭。熱線探頭在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn)。靜態(tài)校準(zhǔn)是在專門的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞里進(jìn)行的，測量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動流場中進(jìn)行的，或在風(fēng)速儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗熱線風(fēng)速儀的頻率響應(yīng)，若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補償線路加以改善。

4、超聲波風(fēng)速儀

超聲風(fēng)速風(fēng)向儀的工作原理是利用超聲波時差法來實現(xiàn)風(fēng)速的測量。通過正、逆壓電效應(yīng)實現(xiàn)高頻聲能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。由于它很好地克服了機械式風(fēng)速風(fēng)向儀固有的缺陷，因而能全天候地、長久地正常工作，越來越廣泛地得到使用．它將是機械式風(fēng)速儀的強有力替代品。

超聲波風(fēng)速計的應(yīng)用便利、精確，在很多領(lǐng)域都能靈活運用，廣泛應(yīng)用于城市環(huán)境監(jiān)測、風(fēng)力發(fā)電、氣象監(jiān)測、橋梁隧道、航海船舶、航空機場、各類風(fēng)扇制造業(yè)、需要抽風(fēng)排氣系統(tǒng)的行業(yè)等。

5、皮托管風(fēng)速儀

皮托管是測量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置。由法國H.皮托發(fā)明而得名。嚴(yán)格地說，皮托管僅測量氣流總壓，又名總壓管；同時測量總壓、靜壓的才稱風(fēng)速管，但習(xí)慣上多把風(fēng)速管稱作皮托管。皮托管的構(gòu)造，頭部為半球形，后為一雙層套管。測速時頭部對準(zhǔn)來流，頭部中心處小孔（總壓孔）感受來流總壓p0，經(jīng)內(nèi)管傳送至壓力計。頭部后約3～8D處的外套管壁上均勻地開有一排孔（靜壓孔），感受來流靜壓p，經(jīng)外套管也傳至壓力計。對于不可壓縮流動，根據(jù)伯努利方程和能量方程可求出氣流馬赫數(shù)，進(jìn)而再求速度?？倝嚎子幸欢娣e，它所感受的是駐點附近的平均壓強，略低于總壓，靜壓孔感受的靜壓也有一定誤差，其他如制造、安裝也會有誤差，故測算流速時應(yīng)加一個修正系數(shù)ζ。ζ值一般在0.98～1.05范圍內(nèi)，在已知速度之氣流中校正或經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)皮托管校正而確定。皮托管結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，用途很廣。如飛機頭部或機翼前緣常裝設(shè)皮托管，測量相對空氣的飛行速度，又稱空速管。