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类龙卷涡旋经过城区建筑群的结构演变和局地强风的中尺度嵌套大涡模拟

龙卷风,局地强风,城市建筑物,大涡模拟

龙卷风是一种破坏性极强的小尺度涡旋系统，其近地面水平尺度与建筑群相当。当龙卷风经过城市区域时，涡旋流场受到建筑物扰动，可能会形成复杂分布的三维结构和局地强风，相关物理机制值得深入分析。本研究针对2015年10月4日“彩虹”台风期间影响广东佛山的EF3级龙卷风，进行了中尺度气象模式嵌套大涡模拟的数值试验，模拟了类龙卷涡旋（TLV）入侵佛山城区的过程。数值试验的最高空间分辨率达6米，可显式分辨建筑物。同时还进行了修改建筑物高度或布局的敏感性试验。结果表明，TLV风场受建筑物的扰动作用产生了复杂多变的精细结构；局地风速的加强或减弱取决于涡旋位置与建筑物布局构成的临时风道的开闭；建筑物高度对风速的影响在近地面更为明显。另一方面，数值模式还模拟了TLV经过超高层建筑群前后的结构变化——近地面涡旋系统在建筑群迎、背风面之间发生了跳跃置换，这与目击者拍摄到的漏斗云在住宅小区下游重建的现象相一致。TLV结构置换过程的发生，需要建筑群的高度达中高层或以上，水平尺寸和布局能够对TLV外围切向风起到一定的阻挡作用，使建筑群背风面能形成较强的局地涡旋。本研究有望提升对于城市群龙卷风致灾特征与机理的科学认识，为城市局地强风的防灾减灾提供科学参考。