三峡工程风害特征及预防.doc

xx工程风害特征及预防xx水利枢纽工程位于长江西陵峡中段，属亚热带大陆性季风气候。由于气候多变，地形复杂，坝区除暴雨、雷击等外，大风是又一多发而又危害严重的灾害性天气。大风预报也成为气象服务中的一个格外突出的项目。自1992年起，xx坝区已有了风的连续监测资料，尤其是积累了重要的大风观测资料；xx近坝区若干气象台站，有40多年的监测资料；2001年6月1日多卜勒天气雷达投入业务运行，准确捕获了今年发生在xx坝区的对流风暴信息，为xx工程大风预防提供了重要的技术保障。1 观测资料说明1.1 资料来源坛子岭气象站，位于坛子岭公园内，观测场海拔高度206m，距坝址北端约1 500m，资料年限20002001年；xx气象站，位于乐天溪桥头，海拔高度140.5m，资料年限19922001年；秭归、宜昌、兴山建站以来40多年资料。1.2 观测方法KN、EL型风向风速仪，感应部分距下垫面10.5m。观测项目包括各正点前10分钟的平均风向风速，02时、08时、14时、20时定时正点前2分钟的平均风向风速，24小时内任意时刻的瞬时风向风速。2 平均风的变化规律2.1 风向风速的日变化统计xx气象站2、8、14、20时风向频率分布，可以发现坝区风的日变化规律显著：夜间2时和早晨8时盛行偏北风，NNW、NW、NW N风向频率占75；而白天盛行偏南、偏东风，14时南风分量占76，20时东风分量占82。风速也具有日变化特征：日落以后风速渐小，日出以前风速达到最小，日出以后风速逐渐加大，傍晚前后达到最大。2.2 阵风与时段平均风的关系设在t0时刻时距为了的平均风速为：(1)式中为时段平均风速，V为阵风风速。由于风的阵性和脉动性，在某一给定时段内所测得的风速随时间的延长而变小。因此在同一时段内，下列不等式总是成立的：10分钟平均风速2分钟平均风速最大平均风速瞬间极大风速根据观测资料统计，在同一时间段内，就平均情况而言，大体上有如下关系：2分钟平均风速10分钟平均风速X1.3瞬间极大风速2分钟最大平均风速X1.2510分钟最大平均风速X1.632.3 风速随高度增加风速随高度的增加而加大。其关系式如下：V2=V1(Z2/Z1)p (2)式中V2、V1分别为Z2、Z1高度处的风速。p为参数，在平原、河谷、山区P值差异较大。由于缺少严格的摩擦层垂直风的观测，坝区的P值难以确切确定，经验表明，当发布的风力预报为45级，指的是近地层风，高空作业区应相应增大两个量级，如永久船闸等处的高架门机应以防67级大风为宜。另外，风具有狭管效应，即风由开阔地带进人狭长区域时，其流动速度要加快，这里不多述。2.4 风向风速年变化xx坝区2分钟风速年平均为2.ms，10分钟风速年平均为1.2m/s。统计坛子岭2000年逐月10分钟平均风速可知，一年中元月风速较大，为1.6ms，说明即使有山脉屏障，冬季风对坝区仍有一定影响。盛夏78月风速较小，说明远距太平洋，受海洋季风的影响远不如同纬度的东部平原明显。4月和10月各有一个高值，进一步分析发现，它与气温日较差的峰值相对应，说明风除了受大范围季风环流影响外，下垫面局地热力属性的差异也有重要影响。3 雷雨大风的气候特征气象上将瞬间极大风速17.0ms定为大风。按其性质分为雷雨大风、寒潮大风、台风、龙卷风等。影响xx工程的大风以雷雨大风为主，因此，这里只研究雷雨大风。3.1 雷雨大风的日变化以邻近的宜昌气象台为代表(坝区资料年限较短)，分析雷雨大风逐时发生频次的规律。以其33年大风发生时间的观测资料作出图1。图中示出，雷雨大风发生时间集中在下午2点到傍晚7点，占总次数的79.2，其中1617时是显著多发时段。而后半夜到次日上午，雷雨大风几乎不发生。 表明雷雨大风与热力日变化显著相关，有明显的日变化特征。3.2 雷雨大风的季节变化xx近坝区三站(秭归归州、兴山高阳、宜昌晓溪塔气象站)有气象记录至1992年雷雨大风的月际分布表明，3月热力条件较差，雷雨大风少发生；4月、5月随着气温增高，雷雨大风逐渐增多；6月在雨季，以降水为主，雷雨大风相对较少；7月、8月雷雨大风明显增多，8月达到全年最多。7月后期至8月，梅雨结束，副热带高压或大陆高压控制本地，天气晴热高温，遇高空冷平流或地面冷空气影响，极易出现雷雨大风天气。3.3 xx近坝区雷雨大风的地域特征图1雷雨大风时次布图xx工程地处雷雨大风集中多发地区。应用近坝区若干气象站长序列气象资料统计，该地38月雷雨大风年均4.07.5次，比邻近的长阳、五峰等地明显偏多，构成显著的高值中心，这与该地处神农架阳坡的大地形特征有关。位于兴山、宜昌县北部的冰雹、大风窝子(风暴源地)产生的对流云团常可影响xx坝区。3.4 雷雨大风移动路径雷雨大风除局地生消外，常由周围移至发生。依据大样本区域性雷雨大风过程逐次逐站大风发生时间、山脉及其走向、高空引导气流，尤其是天气雷达连续监测，并依据较大范围雷雨大风移动具有 定的连续性进行综合分析，一般性得到对xx工程有重要影响的西路、西南路和东北路三条雷雨大风移动路径。西路：在西风基本气流引导下，源于神农架南坡兴山的对流风暴沿香溪河南下转沿长江向东移，或源于巴东方向的对流风暴沿长江东移，影响xx工程。西南路：引导气流为西南风，源于xx坝区西南部的对流风暴可向东北方向移动影响坝区。东北路：对流层内为一致的偏北风，源于东北部或偏东的对流风暴可快速影响xx工程。3.5 雷雨大风伴随的天气现象统计xx气象站1992年2001年和坛子岭气象站20002001年10分钟平均风速10.0m/s，或瞬间风速17.0ms大风日，可以看出坝区雷雨大风的风向呈多方位性，主要与雷雨大风对应的天气系统和本地地形有关。高空冷平流类大风风向偏北，低槽类大风风向多偏西偏南。雷雨大风生成时间都在下午28点，更多的是在午后47点，这与上文所述的雷雨大风日变化特征相吻合。雷雨大风发生时均有雷暴、阵雨天气相伴，最大雨强达50.0mmh，因而表明雷雨大风天气过程的复杂性和剧烈性。4 雷雨大风预报4.1 xx坝区雷雨大风天气类型及预报指标对影响xx工程较多、预报技术相对成熟的高空冷平流类、低槽类雷雨大风进行分析，归纳出预报指标。其中高空冷平流类又分为偏北和偏西两种子型。4.1.1 偏北冷平流类本地处在高空冷涡或沿海槽后，对流层整层偏北风，冷平流显著。500hPa河套东部气流有气旋性弯曲，地面为暖区或变性高压控制。本地上空垂直气柱内下暖上冷，具有显著的不稳定层结，A指数或指数显著上升。主要指标有：(1)500hPa兰州、安康北风或西北风；(2)宜昌850hPa与500hPa垂直温差t850 50024.0；(3)500hPa重庆与西安水平温差T5003.0；(4)宜昌500hPa降温t5000；(5)宜昌850hPa温度t85019.O；(6)宜昌A指数或指数由负转正。4.1.2偏西冷平流类高空锋区主要位于青海湖东侧，与东路冷平流类大风相比，其降温区偏西，但兰州至西安间有低槽引导冷平流快速东移。其预报指标有：(1)500hPa兰州至西安间有低槽；(2)成都500hPa偏北风，或偏西风时风速V50012.0m/s；(3)500hPa成都与兰州间温差T5004.0；(4)宜昌500hPa降温t5002.0，或850hPa宜昌与达县间温差T8503.0。若500hPa、700 hPa、850hPa三层均有低槽，相应的南北温差可降低1；(3)700hPa武都或汉中偏北风，或850hPa秦岭附近有三站以上偏北风。4.2 预报检验2001年xx坝区雷雨大风过程频繁发生，且风力巨大，成灾严重。2001年几次大风过程预报指标反映情况列于表1。5次过程中除2001年7月24日500hPa宜昌指标不符合以外，其余基本上满足，较好地反映出与风暴的对应关系。多卜勒雷达监测其回波强度均在40dbz以上，回波顶高达9km以上，其移动方向、移速、移动中回波强度的演变等可直观反映出来，在强对流天气监视、预测中发挥了重要作用。依据上述预报指标作出的预报，其预见期小于12小时(指天气图起始时刻08时至雷雨大风发生时)。由于雷雨大风的复杂性，归纳的预报方法有空报和漏报情况，大风天气一般是在天气雷达捕获到对流风暴云团后跟踪监视，再发布大风警报，因此预报提前量一般在23时之内，甚至在几十分钟之内。