专利名称：行道树城市街区风灾的动态预报方法
技术领域：
本发明涉及一种用于动态预报城市街区行道树风灾损失的方法。
背景技术：
在全球气候持续变暖的背景下，极端天气气候事件明显增多，城市气象灾害日益 突出，大风、暴雨、高温等极端天气事件频繁发生。由于大城市聚集了大量的人口和财富，供 电、供气、电讯、交通等生命线工程系统密切联系，一旦遭遇重大自然灾害，必将造成巨大的 人员伤亡和经济损失，甚至殃及临近地区和相关产业，这种现象称之为城市灾害社会影响 的放大效应。上海市潜在重大灾害(不包括战争及重大社会治安事故)包括风灾、水灾、震 灾、火灾等十类，其中风灾位列首位。1949年以来，上海遭受10亿元以上经济损失的风灾达 15次。为了降低风灾害所造成的损失，各国纷纷加大抵御风灾的研究力度。美国国会通过 法案，启动国家减风灾计划(National WindHazards Reduction Program-NWHRP)，有关抗 风研究和开发的费用从500万美元/年增加到2300万美元/年。在城市区域，风灾损失主要来自三个方面(1)对城市工程称重结构(如房屋结构 和提坝等)的破坏；(2)导致非承重结构(玻璃幕墙、大型广告牌、悬空支架等)的倒塌或 损坏；(3)由于大树和电杆倒塌引起的大面积停电等次生灾害。为了抵御城市风灾，需要迫 切开展相关领域的课题研究，其中城市街区风灾动态预报尤其重要，它是减轻风灾损失的 重要途径和第一手段。风灾预报涉及气象学、空气动力学和建筑结构力学等多个学科，包括 “风预报”和“成灾预报”两个方面，由于风灾主要发生在城市近地面，因此城市近地面精细 化的风场预报研究和城市街区行道树的抗风性能研究是其核心内容。但现有技术中还没有 一种行道树城市街区风灾的动态预报方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中还没有一种城市街区行道树风 灾动态预报方法的缺陷，提供一种城市街区行道树风灾的动态预报方法，该方法属于大气 科学和土木工程两个学科的交叉研究，通过将城市街区精细化风场预报技术和行道树破坏 分析技术相结合，实现对城市街区行道树风灾损失的动态预报。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种行道树城市街区风灾的动态预报方法，包括以下步骤S1、选择进行要进行风灾动态预报的街区，构建该街区的三维网格结构，获取该街 区的下垫面信息，制作网格文件FA ；S2、读入网格文件FA，设置网格参数，计算每个格点下垫面参数，获取区域数值预 报系统对街区的预报结果，利用计算流体力学模型获得街区每小时的水平风场，包括水平 风参数u和v，写入街区风场预报文件FB ；S3、确定行道树的空间位置，包括经纬度和所处路段，确定行道树的属性参数，该 属性参数包括树种、树高H、树冠高度L、树干周长C、树冠幅度B、透风系数Ct，根据行道树的树种，确定其抗弯强度f，写入行道树参数文件FC ；S4、读入行道树参数文件FC，获得行道树的特征参数，读入街区风场预报文件FB， 根据行道树的经纬度和高度信息获得作用于行道树的水平风参数u和V，并计算水平风速 V = Vu* U +V* V，然后计算每一棵行道树受到的风应力σ，最后将结果写入抗风分析 文件FD ；S5、根据行道树受到的风应力O以及其抗弯强度f确定其是否遭受破坏及其破坏 程度。较佳地，步骤S2中水平风参数u和ν的计算方法如下求解Navier-Stokes方程 组
权利要求
一种行道树城市街区风灾的动态预报方法，其特征在于，其包括以下步骤S1、选择进行要进行风灾动态预报的街区，构建该街区的三维网格结构，获取该街区的下垫面信息，制作网格文件FA；S2、读入网格文件FA，设置网格参数，计算每个格点下垫面参数，获取区域数值预报系统对街区的预报结果，利用计算流体力学模型获得街区每小时的水平风场，包括水平风参数u和v，写入街区风场预报文件FB；S3、确定行道树的空间位置，包括经纬度和所处路段，确定行道树的属性参数，该属性参数包括树种、树高H、树冠高度L、树干周长C、树冠幅度B、透风系数Ct，根据行道树的树种，确定其抗弯强度f，写入行道树参数文件FC；S4、读入行道树参数文件FC，获得行道树的特征参数，读入街区风场预报文件FB，根据行道树的经纬度和高度信息获得作用于行道树的水平风参数u和v，并计算水平风速然后计算每一棵行道树受到的风应力σ，最后将结果写入抗风分析文件FD；S5、根据行道树受到的风应力σ以及其抗弯强度f确定其是否遭受破坏及其破坏程度。FSA00000366492900011.tif
2.如权利要求1所述的动态预报方法，其特征在于，步骤S2中水平风参数u和ν的计算方法如下求解Navier-Stokes方程组 ？ = 0，·OXidt 卞、dXjPdxi dXj、Kl)， 公式的写法采用了爱因斯坦求和符号，i和j可取值1，2，3，其中对于Xi和xj，l，2，3 分别表示χ，y，ζ三个方向；对于ui和幻，1，2，3分别表示1，y，ζ方向上的速度分量u，ν, w，单位m/s，ρ为扰动气压单位帕斯卡，通过迭代求解，P为空气密度单位为g/m3，T为温度 单位为K，P为平均气压单位为帕斯卡，R = 287. lJ/kg/K，Rij为Reynolds应力，根据湍流 k- ε闭合方法计算获得；求解时首先给定u，ν, w, P，T的初始值，所述初始值由数值天气预报模型提供，然后通 过数值方法求解方程组，最后得到所述街区不同网格上的U，V, W0
3.如权利要求1或2所述的动态预报方法，其特征在于，步骤S4中，建立行道树的风致■j -,ο V2-B-L-(H--L)响应分析模型σ= ^ X—"丄3 x(l-Ct)，其中σ为作用于行道树上的风应力，V= Vu * U + V * V为作用于行道树的水平风速大小，H为树高、L为树冠高度、C为树干 周长、B为树冠幅度，Ct为透风系数，为无量纲的经验参数。
4.如权利要求1所述的动态预报方法，其特征在于，步骤S5后还包括步骤S6根据行道 树的破坏程度，计算每一颗行道树的破坏等级，将每一颗行道树的破坏等级写入风灾损失 文件FE。
5.如权利要求4所述的动态预报方法，其特征在于，步骤S6后还包括步骤S7首先从行道树参数文件FC中读入每一颗行道树的空间位置，其次从风灾损失文件FE中获取行道树 的风灾破坏等级，根据行道树的破坏等级，用不同的颜色将其标注在地图上，最后评估街区 行道树的风灾破坏程度，统计处于不同破坏等级的行道树数目，得到预报评估文件FF。
全文摘要
本发明公开了一种行道树城市街区风灾的动态预报方法。首先，获取作用于行道树上的风速是进行行道树风灾破坏分析的必要条件，构建了街区风环境的精细化预报技术，预报作用于每一颗行道树的水平风速为结构分析提供必要条件；其次，构建行道树的风灾破坏模型，基于行道树的特征参数和风速大小实现风环境对行道树的破坏分析；最后，根据行道树的破坏等级评估预报街区行道树的风灾破坏等级，并对预报结果进行动态显示、查询和分析，实现城市街区行道树风灾损失的预报。本发明建立的城市街区行道树风灾破坏动态预报技术对于城市典型功能区的行道树风灾预报和预警具有指导作用，有望增强现代城市应对风灾的技术和能力，为进行风灾防御和决策提供支持。
文档编号G06F19/00GK101996283SQ20101056582
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者王强, 许建明 申请人:上海市浦东新区气象局