东南沿海地区是我国台风灾害最严重的区域,平均每年有6个台风强度级别以上的热带气旋进入24小时警备线内,给沿海地区超高层建筑、输电铁塔和风力机等结构造成威胁,并且受全球气候变化影响这些地区未来台风灾害可能会进一步增加。因此,加快开展工程场地台风演化规律以及台风风场特性分析,建立并完善在建在运营期间工程结构台风短期灾害预警和灾后评估体系,同时考虑未来气候变化因素对沿海地区极端台风灾害影响,具有重大现实意义。为此,本文基于考虑历史和未来气候数据的中尺度数值模式,同时结合现场实测和理论分析等多种技术手段,在近海台风演化规律、工程场地台风风场模拟、台风风剖面统计特性、以及未来气候对登陆台风影响等方面开展了以下工作:1.基于WRF模式的近海强化型台风模拟:针对近年来西北太平洋地区三次典型历史强化型台风,开展基于WRF(Weather Research and Forecating)台风模块的高精度台风演化规律模拟,重点分析不同网格精度、微物理方案和海表面通量方案对这三次台风的近海快速强化过程和登陆后强度弱化阶段模拟结果影响,同时利用中国气象局公布的台风路径强度和降雨等实测数据对台风模拟结果进行验证分析。2.基于跨尺度台风模拟框架的城市近地面风场分析:结合WRF台风模块、不同尺度湍流模拟方案和地理信息系统(GIS)地形地貌处理技术,提出适用于复杂城市地貌工程场地的跨尺度台风风场模拟框架。首先基于台风模块和移动网格双向嵌套方案进行中尺度台风模拟,然后将输出的台风模拟结果作为下一步WRF-LES(Large eddy simulation)模块的初始和边界条件,同时考虑高精度地形地貌进行局地近地面风场多尺度模拟。以2015年台风“灿鸿”过境杭州期间九堡大桥位置近地面风场实测数据为依据,详细设计多尺度模拟试验方案并验证分析了多尺度台风风场模拟框架的有效性和实用性。3.沿海复杂山地外围台风风场高精度模拟分析:基于沿海气象站点和舟山输电线路沿线位置风场实测数据,分析了在台风泰利外围风场影响期间舟山沿海和复杂山地位置风速风向变化特征。然后利用高精度地形地貌数据和WRF多层嵌套网格技术,针对舟山复杂山地台风风场进行了 50米水平网格精度LES模拟,并基于实测数据验证了台风路径和舟山位置风速风向模拟能力,对比了舟山复杂地形中不同典型位置三维风场变化特征。4.基于气象再分析数据的我国东南沿海台风平均风剖面统计分析:根据欧洲中长期天气预报中心最新公布的高精度气象再分析数据,结合中尺度台风模拟结果对比分析了台风边界层风场结构,统计了 2008至2017年间65个沿海台风近中心位置大量高空风剖面样本,系统分析了台风近中心低空急流风剖面特征。本研究揭示了中国东南沿海地区台风近中心位置低空急流风剖面的环向分布特性,提出了适用于沿海超高层建筑抗台风设计的低空急流风剖面模型参数。5.考虑全球气候变化背景的将来登陆台风评估:基于多个CMIP5全球模式气候数据定量分析了西北太平洋和中国沿海地区海表面温度在不同时间气候状态下变化情况。然后利用CMIP5模式模拟预测的温度和大气湿度等热力学要素的气候数据,采用WRF-PGW(Pseudo-global Warming)技术对近十年来登陆中国沿海地区的十个超强台风进行全球气候变化背景下中尺度模拟评估,重点分析登陆期间台风强度变化情况,为将来台风灾害评估提供参考。