專利名稱：行道樹城市街區(qū)風(fēng)災(zāi)的動態(tài)預(yù)報方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于動態(tài)預(yù)報城市街區(qū)行道樹風(fēng)災(zāi)損失的方法。
背景技術(shù)：
在全球氣候持續(xù)變暖的背景下，極端天氣氣候事件明顯增多，城市氣象災(zāi)害日益 突出，大風(fēng)、暴雨、高溫等極端天氣事件頻繁發(fā)生。由于大城市聚集了大量的人口和財富，供 電、供氣、電訊、交通等生命線工程系統(tǒng)密切聯(lián)系，一旦遭遇重大自然災(zāi)害，必將造成巨大的 人員傷亡和經(jīng)濟損失，甚至殃及臨近地區(qū)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)，這種現(xiàn)象稱之為城市災(zāi)害社會影響 的放大效應(yīng)。上海市潛在重大災(zāi)害(不包括戰(zhàn)爭及重大社會治安事故)包括風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)、震 災(zāi)、火災(zāi)等十類，其中風(fēng)災(zāi)位列首位。1949年以來，上海遭受10億元以上經(jīng)濟損失的風(fēng)災(zāi)達 15次。為了降低風(fēng)災(zāi)害所造成的損失，各國紛紛加大抵御風(fēng)災(zāi)的研究力度。美國國會通過 法案，啟動國家減風(fēng)災(zāi)計劃(National WindHazards Reduction Program-NWHRP)，有關(guān)抗 風(fēng)研究和開發(fā)的費用從500萬美元/年增加到2300萬美元/年。在城市區(qū)域，風(fēng)災(zāi)損失主要來自三個方面(1)對城市工程稱重結(jié)構(gòu)(如房屋結(jié)構(gòu) 和提壩等)的破壞；(2)導(dǎo)致非承重結(jié)構(gòu)(玻璃幕墻、大型廣告牌、懸空支架等)的倒塌或 損壞；(3)由于大樹和電桿倒塌引起的大面積停電等次生災(zāi)害。為了抵御城市風(fēng)災(zāi)，需要迫 切開展相關(guān)領(lǐng)域的課題研究，其中城市街區(qū)風(fēng)災(zāi)動態(tài)預(yù)報尤其重要，它是減輕風(fēng)災(zāi)損失的 重要途徑和第一手段。風(fēng)災(zāi)預(yù)報涉及氣象學(xué)、空氣動力學(xué)和建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個學(xué)科，包括 “風(fēng)預(yù)報”和“成災(zāi)預(yù)報”兩個方面，由于風(fēng)災(zāi)主要發(fā)生在城市近地面，因此城市近地面精細 化的風(fēng)場預(yù)報研究和城市街區(qū)行道樹的抗風(fēng)性能研究是其核心內(nèi)容。但現(xiàn)有技術(shù)中還沒有 一種行道樹城市街區(qū)風(fēng)災(zāi)的動態(tài)預(yù)報方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種城市街區(qū)行道樹風(fēng) 災(zāi)動態(tài)預(yù)報方法的缺陷，提供一種城市街區(qū)行道樹風(fēng)災(zāi)的動態(tài)預(yù)報方法，該方法屬于大氣 科學(xué)和土木工程兩個學(xué)科的交叉研究，通過將城市街區(qū)精細化風(fēng)場預(yù)報技術(shù)和行道樹破壞 分析技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對城市街區(qū)行道樹風(fēng)災(zāi)損失的動態(tài)預(yù)報。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種行道樹城市街區(qū)風(fēng)災(zāi)的動態(tài)預(yù)報方法，包括以下步驟S1、選擇進行要進行風(fēng)災(zāi)動態(tài)預(yù)報的街區(qū)，構(gòu)建該街區(qū)的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，獲取該街 區(qū)的下墊面信息，制作網(wǎng)格文件FA ；S2、讀入網(wǎng)格文件FA，設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)，計算每個格點下墊面參數(shù)，獲取區(qū)域數(shù)值預(yù) 報系統(tǒng)對街區(qū)的預(yù)報結(jié)果，利用計算流體力學(xué)模型獲得街區(qū)每小時的水平風(fēng)場，包括水平 風(fēng)參數(shù)u和v，寫入街區(qū)風(fēng)場預(yù)報文件FB ；S3、確定行道樹的空間位置，包括經(jīng)緯度和所處路段，確定行道樹的屬性參數(shù)，該 屬性參數(shù)包括樹種、樹高H、樹冠高度L、樹干周長C、樹冠幅度B、透風(fēng)系數(shù)Ct，根據(jù)行道樹的樹種，確定其抗彎強度f，寫入行道樹參數(shù)文件FC ；S4、讀入行道樹參數(shù)文件FC，獲得行道樹的特征參數(shù)，讀入街區(qū)風(fēng)場預(yù)報文件FB， 根據(jù)行道樹的經(jīng)緯度和高度信息獲得作用于行道樹的水平風(fēng)參數(shù)u和V，并計算水平風(fēng)速 V = Vu* U +V* V，然后計算每一棵行道樹受到的風(fēng)應(yīng)力σ，最后將結(jié)果寫入抗風(fēng)分析 文件FD ；S5、根據(jù)行道樹受到的風(fēng)應(yīng)力O以及其抗彎強度f確定其是否遭受破壞及其破壞 程度。較佳地，步驟S2中水平風(fēng)參數(shù)u和ν的計算方法如下求解Navier-Stokes方程 組
權(quán)利要求
一種行道樹城市街區(qū)風(fēng)災(zāi)的動態(tài)預(yù)報方法，其特征在于，其包括以下步驟S1、選擇進行要進行風(fēng)災(zāi)動態(tài)預(yù)報的街區(qū)，構(gòu)建該街區(qū)的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，獲取該街區(qū)的下墊面信息，制作網(wǎng)格文件FA；S2、讀入網(wǎng)格文件FA，設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)，計算每個格點下墊面參數(shù)，獲取區(qū)域數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)對街區(qū)的預(yù)報結(jié)果，利用計算流體力學(xué)模型獲得街區(qū)每小時的水平風(fēng)場，包括水平風(fēng)參數(shù)u和v，寫入街區(qū)風(fēng)場預(yù)報文件FB；S3、確定行道樹的空間位置，包括經(jīng)緯度和所處路段，確定行道樹的屬性參數(shù)，該屬性參數(shù)包括樹種、樹高H、樹冠高度L、樹干周長C、樹冠幅度B、透風(fēng)系數(shù)Ct，根據(jù)行道樹的樹種，確定其抗彎強度f，寫入行道樹參數(shù)文件FC；S4、讀入行道樹參數(shù)文件FC，獲得行道樹的特征參數(shù)，讀入街區(qū)風(fēng)場預(yù)報文件FB，根據(jù)行道樹的經(jīng)緯度和高度信息獲得作用于行道樹的水平風(fēng)參數(shù)u和v，并計算水平風(fēng)速然后計算每一棵行道樹受到的風(fēng)應(yīng)力σ，最后將結(jié)果寫入抗風(fēng)分析文件FD；S5、根據(jù)行道樹受到的風(fēng)應(yīng)力σ以及其抗彎強度f確定其是否遭受破壞及其破壞程度。FSA00000366492900011.tif
2.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)預(yù)報方法，其特征在于，步驟S2中水平風(fēng)參數(shù)u和ν的計算方法如下求解Navier-Stokes方程組 ？ = 0，·OXidt 卞、dXjPdxi dXj、Kl)， 公式的寫法采用了愛因斯坦求和符號，i和j可取值1，2，3，其中對于Xi和xj，l，2，3 分別表示χ，y，ζ三個方向；對于ui和幻，1，2，3分別表示1，y，ζ方向上的速度分量u，ν, w，單位m/s，ρ為擾動氣壓單位帕斯卡，通過迭代求解，P為空氣密度單位為g/m3，T為溫度 單位為K，P為平均氣壓單位為帕斯卡，R = 287. lJ/kg/K，Rij為Reynolds應(yīng)力，根據(jù)湍流 k- ε閉合方法計算獲得；求解時首先給定u，ν, w, P，T的初始值，所述初始值由數(shù)值天氣預(yù)報模型提供，然后通 過數(shù)值方法求解方程組，最后得到所述街區(qū)不同網(wǎng)格上的U，V, W0
3.如權(quán)利要求1或2所述的動態(tài)預(yù)報方法，其特征在于，步驟S4中，建立行道樹的風(fēng)致■j -,ο V2-B-L-(H--L)響應(yīng)分析模型σ= ^ X—"丄3 x(l-Ct)，其中σ為作用于行道樹上的風(fēng)應(yīng)力，V= Vu * U + V * V為作用于行道樹的水平風(fēng)速大小，H為樹高、L為樹冠高度、C為樹干 周長、B為樹冠幅度，Ct為透風(fēng)系數(shù)，為無量綱的經(jīng)驗參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)預(yù)報方法，其特征在于，步驟S5后還包括步驟S6根據(jù)行道 樹的破壞程度，計算每一顆行道樹的破壞等級，將每一顆行道樹的破壞等級寫入風(fēng)災(zāi)損失 文件FE。
5.如權(quán)利要求4所述的動態(tài)預(yù)報方法，其特征在于，步驟S6后還包括步驟S7首先從行道樹參數(shù)文件FC中讀入每一顆行道樹的空間位置，其次從風(fēng)災(zāi)損失文件FE中獲取行道樹 的風(fēng)災(zāi)破壞等級，根據(jù)行道樹的破壞等級，用不同的顏色將其標注在地圖上，最后評估街區(qū) 行道樹的風(fēng)災(zāi)破壞程度，統(tǒng)計處于不同破壞等級的行道樹數(shù)目，得到預(yù)報評估文件FF。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種行道樹城市街區(qū)風(fēng)災(zāi)的動態(tài)預(yù)報方法。首先，獲取作用于行道樹上的風(fēng)速是進行行道樹風(fēng)災(zāi)破壞分析的必要條件，構(gòu)建了街區(qū)風(fēng)環(huán)境的精細化預(yù)報技術(shù)，預(yù)報作用于每一顆行道樹的水平風(fēng)速為結(jié)構(gòu)分析提供必要條件；其次，構(gòu)建行道樹的風(fēng)災(zāi)破壞模型，基于行道樹的特征參數(shù)和風(fēng)速大小實現(xiàn)風(fēng)環(huán)境對行道樹的破壞分析；最后，根據(jù)行道樹的破壞等級評估預(yù)報街區(qū)行道樹的風(fēng)災(zāi)破壞等級，并對預(yù)報結(jié)果進行動態(tài)顯示、查詢和分析，實現(xiàn)城市街區(qū)行道樹風(fēng)災(zāi)損失的預(yù)報。本發(fā)明建立的城市街區(qū)行道樹風(fēng)災(zāi)破壞動態(tài)預(yù)報技術(shù)對于城市典型功能區(qū)的行道樹風(fēng)災(zāi)預(yù)報和預(yù)警具有指導(dǎo)作用，有望增強現(xiàn)代城市應(yīng)對風(fēng)災(zāi)的技術(shù)和能力，為進行風(fēng)災(zāi)防御和決策提供支持。
文檔編號G06F19/00GK101996283SQ20101056582
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者王強, 許建明 申請人:上海市浦東新區(qū)氣象局