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1 1 1 清华大学研究生课程灾害学 风风风风 灾灾灾灾 陆新征 清华大学土木工程系 2006 2 清华大学研究生课程灾害学 内容提要 风的类型与分类 风灾对建筑物的影响 工程结构抗风设计 防风减灾对策与风振控制 3 清华大学研究生课程灾害学 大气层的基本特性 由于地球引力作用，地球周围覆盖着一 层厚度达到800km的大气层。 大气层可以分为 对流层 平流层 中间层 暖层 外层 4 清华大学研究生课程灾害学 对流层的特点 高度 低纬度 17-18km 中纬度 10-12km 高纬度6-8km 夏季高冬季低 特点 气温随着高度升高而降低 温度、湿度受地面影响较大 具有强烈的对流运动 5 清华大学研究生课程灾害学 对流层分层 下层 摩擦层 地面到2km高度 受地表影响最大 中层 高度约为6km 云和降水主要发生在这里 上层 温度低。水汽含量小。 6 清华大学研究生课程灾害学 风 空气从气压高的地方向气压低的地方流 动 主要指标风速、风向 原因 气压梯度 地球转动偏心力 惯性离心力 摩擦力 2 2 7 清华大学研究生课程灾害学 主要风的类型 热带气旋 季风 龙卷风 8 清华大学研究生课程灾害学 热带气旋 阳光照射海面，水汽上升，热低压区和 稳定的高压区气压差产生空气流动，由 于平衡产生相互补充的力使之成为螺旋 状流动 直径可达600～1000公里 漩涡中心为“风眼”，半径5-30km，气压 很低 9 清华大学研究生课程灾害学 热带气旋“伊布都” 10 清华大学研究生课程灾害学 热带气旋的名称和等级 热带低压 中心附近最大风力67级，风速10.817.1m/s 热带风暴 中心附近最大风力89级，风速17.224.4m/s 强热带风暴 中心附近最大风力1011级，风速24.532.6m/s 台风 中心附近最大风力12级，风速32.6m/s以上 11 清华大学研究生课程灾害学 台风照片 12 清华大学研究生课程灾害学 命名方法 编号命名 我国对经度180以西，赤道以北的西北太平 洋和南海海面上出现的中心附近最大风力 8级的热带气旋按出现先后编号， 9901 名称命名 悟空、卡拉、云娜 3 3 13 清华大学研究生课程灾害学 热带气旋的产生条件 热带洋面，60m深度内海水温度超过 26.5度 产生大量水汽和不稳定的对流 合适的纬度 纬度太低，地球自转偏向力太小 纬度太高，海水温度不够 高低空之间的风向、风速差别小 14 清华大学研究生课程灾害学 季风 海洋陆地气温差异引起 海洋和陆地热容不同 夏季从海洋吹向陆地 冬季从陆地吹向海洋 15 清华大学研究生课程灾害学 龙卷风 猛烈旋转的圆形空气柱 直径平均在200300m之间 寿命大多在几分钟到几十分钟，不超过几个小 时 移动速度平均15m/s，最快可以到70m/s 移动长度大多在10km左右 破坏宽度一般12km 一般风速50150m/s，极端情况可以达到 300m/s以上 16 清华大学研究生课程灾害学 龙卷风照片 17 清华大学研究生课程灾害学 其他成灾风 雷暴 强风暴云前部是上升气流，后部是下降气流 下降气流形成冷空气堆，称为“雷暴高压” 突发性强，持续时间短，风力大 雷暴高压 18 清华大学研究生课程灾害学 雷暴照片 陆新征2006摄于 呼伦贝尔草原 4 4 19 清华大学研究生课程灾害学 雷暴照片 20 清华大学研究生课程灾害学 黑风/沙尘暴 强风将地面沙尘卷入空气，使空气混 浊，能见度降低 发生条件 足够强大而持久的风力 经过地区植被稀疏，土质干燥松软 我国内蒙北部、新疆、黄土高原北部最 容易出现沙尘暴 21 清华大学研究生课程灾害学 沙尘暴照片 22 清华大学研究生课程灾害学 沙尘暴卫星照片 23 清华大学研究生课程灾害学 风的等级 风依据距地10m高处风速分为13级 无风，软风，轻风，微风，和风，清 风，强风，疾风，大风，烈风，狂风， 暴风，飓风 最大为飓风，风速在32.7m/s以上 24 清华大学研究生课程灾害学 风灾分类 直接危害 侵蚀土壤和环境 损坏农作物 导致干旱 毁坏建筑物 间接危害 传播病虫害 扩散污染 暴雨、巨浪、洪水 5 5 25 清华大学研究生课程灾害学 风蚀 26 清华大学研究生课程灾害学 风蚀 我国北部和西部地区，风蚀比较强烈， 沙漠化土地约5万km2 内蒙古乌兰察布盟后山地区开垦的农田 有43％被风蚀沙漠化 海拉尔周围开垦的土地，黑土层平均已 经被吹蚀了20-25cm 27 清华大学研究生课程灾害学 毁坏植物 28 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 Meyer-Kiser大楼，1926年 钢框架发生塑性变形 维护结构损坏严重 29 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 河南省体育馆 30 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 普通民居 6 6 31 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 收费站 32 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 收费站 33 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 维护结构，更换了10348块玻璃 John Hancock大楼，增加预算830万 34 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 对高耸结构的破坏 1988，Missouri电视桅杆 35 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 大跨桥梁 Tacoma North Bridge 36 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 风毁桥梁表 桥名 位置（所在地） 跨径/m 毁坏年份 Dryburgh Abbey 苏格兰 80 1818 Union 英格兰 140 1821 Nassau 德国 75 1834 Bridgton Chain Pier 英格兰 80 1836 Monstrose 苏格兰 130 1838 Menai Straits 威尔士 180 1839 Roche-Bernard 法国 195 1852 Wheeling 美国 310 1854 Niagara-Lewiston 美国 320 1864 Tay 苏格兰 74 1874 Niagara-Clifton 美国 380 1889 Tacoma Narrows 美国 853 1940 7 7 37 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 九江长江大桥钢拱吊杆发生涡激共振 上海杨浦大桥缆索的涡振和风雨振使得 索套破坏 38 清华大学研究生课程灾害学 1965年英国Ferrybridge电站冷却塔 39 清华大学研究生课程灾害学 风灾毁坏建筑物 广告牌 40 清华大学研究生课程灾害学 风毁广告牌 2006年3月12日上午，位于福建泉州北峰路段的一块巨大的户外 广告牌被大风吹倒，压住了两辆行驶中的摩托车，造成两死两伤 的事故。当天，受强冷空气的影响，泉州地区气温加速下降，风 力骤增，并伴有8级以上大风 41 清华大学研究生课程灾害学 风暴潮 大风、暴雨，海浪涌向陆地 42 清华大学研究生课程灾害学 严重风暴潮灾害 1922年，广东汕头，侵入内陆15km，死7万人 1963年，加勒比海，死5000余人 1970年，孟加拉，6m高浪，死50万人 1991年，孟加拉，死13万人 8 8 43 清华大学研究生课程灾害学 世界范围暴风路径和发生时间 44 清华大学研究生课程灾害学 台风导致水灾 台风伴随暴雨，引起严重水灾 45 清华大学研究生课程灾害学 严重台风灾害 1918年，日本，死13.9万人 1937年，香港，死1.1万人 1959年，日本，2000人失踪 1994年，浙江温州，死1100人，毁坏房 屋691,300间，输电塔10座，电视塔、通 讯塔2座 1999年，西欧，掀掉凡尔赛宫屋顶，刮 掉巴黎圣母院塔顶 46 清华大学研究生课程灾害学 浙江遭遇的重要台风灾害 桑美台风今年第8号超强台风“桑美”是建国以来浙江省遭遇的最 强台风，也是50年以来登陆祖国大陆最强的台风。登陆时，最大 风速达68米/秒，是浙江省1949年以来测到的最大风速。 5612号台风历史上登陆我国大陆时风速最强的台风是1956年8 月1日登陆浙江象山的5612号台风。造成的灾害极其严重。其中 遭到台风正面袭击的浙江省损失最为惨重，全省倒损房屋85万 间，4900多人被砸死、淹死或触电身亡。 卡努台风2005年9月12日下午2点在台州市路桥区登陆的“卡努” 台风，中心风力50米/秒。在这次台风影响过程中，浙江省气象局 首次发布了我国气象灾害二级预警应急响应命令。 麦莎台风2005年8月7日凌晨3点40分在玉环县干江镇登陆的麦 莎台风，中心最大风力45米/秒。浙江全省紧急转移人员120多万 人。 云娜台风2004年8月13日20时在温岭市石塘镇登陆的云娜台 风，近中心最大风力为45米/秒，台风横穿浙江腹地，在浙江省境 内时间达15小时。这次台风全省有639个乡镇受灾，受灾人口达 859万人，因台风倒塌房屋4.24万间，死亡115人，受伤1800多人。 47 清华大学研究生课程灾害学 美国“卡里亚娜”飓风 48 清华大学研究生课程灾害学 新奥尔良部分市区被淹 9 9 49 清华大学研究生课程灾害学 部分建筑物严重被毁 50 清华大学研究生课程灾害学 跨海湾大桥被彻底摧毁 51 清华大学研究生课程灾害学 部分城区一片废墟 52 清华大学研究生课程灾害学 新奥尔良为何不堪一击 自然原因 建在世界上一个最易发生飓风地区的中央 人为原因 大气气候变化 地表改造 地下开采 53 清华大学研究生课程灾害学 自然原因 建在世界上一个最易发生飓风地区的中央 新奥尔良过去也经常或多或少地被水淹。 它地处一个平均低于海平面9英尺的凹地，庞恰特雷恩 湖在北，密西西比河在南，墨西哥湾正对其门户。 在最好的正常情况下，要使这样一个地方不进水都是 令城市规划者极其难办的事。但新奥尔良的情况从来 就不理想；该市是建在世界上一个最容易发生飓风的 地区的中央。 圣路易斯大学的地球和大气科学家蒂莫西库斯基说 “从自然的角度来看新奥尔良希望成为一个湖。”很明 显，该城市已经如愿以偿。 54 清华大学研究生课程灾害学 人为原因 墨西哥湾地区的城市一直是潜在的危险地区， 但它们同时也是不冻的天然良港，这种极好的 地理位置使它们能稳获往来于一条世界最重要 的水路密西西比河船只带来的收益。 此外还有大量海湾地区的产品，其中包括占全 美近 30％的石油，20％的天然气，还有全美 第三大渔场。 因此，正如许多人已指出的那样，即使新奥尔 良彻底被毁，我们也必须在它的基础上重建。 1010 55 清华大学研究生课程灾害学 人为原因1 大气气候变化 飓风常常光顾墨西哥湾，这早就是显而易见的事实， 但为何如此，则需要借助现代气象学来解释。 飓风的运动需要多种因素，其中最重要的是要有旋 风，它要在温暖的海水与它上空较冷的气流之间旋转。 墨西哥湾具备了所有这些因素，所以它的城镇就经常 遭到飓风的袭击。 对20世纪中叶以来发生在北大西洋和西北太平洋上的 大约4500次风暴进行了研究，发现在50年中风力平均 增强了50％。 温室效应导致越来越强的飓风危害 56 清华大学研究生课程灾害学 人为原因2 不当改变地形地貌 墨西哥湾的土地又软又湿，大部分由河流和周期性洪 水的淤泥长期沉积而成，大水退去，淤泥仍在，而且 越积越重，最终在其自身的重量下逐渐下沉。防止陆 地完全下沉的唯一途径是让土壤在每一次洪水后补充 淤泥。但人类的活动造成的结果恰恰相反，我们将新 奥尔良围起来，让密西西比河改道，使它在这个城市 外面流淌，实际阻断了淤泥的补充。 除了听任不能得到补充的海岸湿地继续下沉之外，这 种做法最终将会把仍然存在的湿地统统消灭，海水越 浸越深，导致有助水土保持的植被灭绝。隔绝了自然 的洪水，也造成了墨西哥湾沿岸保护海岸的岛屿下沉。 57 清华大学研究生课程灾害学 人为原因3 过度开采地下资源 墨西哥湾繁忙的石油天然气工业也扮演了负面角色。 从墨西哥湾地下抽取这些资源就像将一根吸管插入地 下，吸出了所有的液体吸取出来的恰恰是支撑着周 围地域的物质。 一项研究发现，墨西哥湾湿地消失得最多的时期也正 是20世纪70年代和 80年代石油和天然气开采最盛的时 期。据信，休斯敦的下沉在很大程度上也是这个原因。 58 清华大学研究生课程灾害学 美国“卡里亚娜”飓风的启示 启示之一，产业发展应以科学发展观为本。时 刻牢记过度开发海岸带会产生负面影响，要敬 畏大自然，而不要试图改造大自然。 启示之二，在加强沿海防波堤建设外，更要保 护和恢复自然灾害发生的缓冲带，如大规模的 珊瑚礁、红树林、滩涂等三大自然屏障构成的 缓冲带是海塘堤坝抵御灾害的重要屏障。 启示之三，除了必须安置在临海的产业外，在 离海岸线近的地方不宜设立规模产业和建造城 市集镇、安置居民区和海景宾馆，宜建防风林、 湿地、旅游设施。要为自然留下足够的空间。 59 清华大学研究生课程灾害学 台风桑美 建国以来遭遇的 最大台风，中心 风速超过70m/s, 造成浙江、福建 两省数百人死亡 60 清华大学研究生课程灾害学 台风桑美 1111 61 清华大学研究生课程灾害学 台风桑美 62 清华大学研究生课程灾害学 台风桑美 63 清华大学研究生课程灾害学 台风桑美 64 清华大学研究生课程灾害学 台风桑美 65 清华大学研究生课程灾害学 台风桑美 66 清华大学研究生课程灾害学 台风桑美