The typhoon Jelawat, which was formed over the tropical Pacific ocean on August 1, 2000 and made a landfall over China on August 10, 2000, was observed by Korea Multi-purpose Satellite (KOMPSAT-1) Ocean Scanning Multispectral Imager (OSMI), Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)/Precipitation Radar(PR) and Quick Scatterometer (QuikSCAT). In spite of discontinuous observation, important mesoscale features of typhoon depending on life cycle were detected prominently. It is possible to distinguish on the OSMI photograph between the eye-wall convection and the stratiform and other convective clouds near the center of typhoon Jelawat. The TRMM/PR observations show quite clearly the eye-wall convection, stratiform regions, and convective bands. Vertical cross section of rainfall in the genesis stage of typhoon Jelawat exhibits circular ring of intense convection surrounding the eye. The mature stage of typhoon Jelawat consists of a strong rotational circulation with clouds which are well organized about a center of low pressure. The OSMI, TRMM/PR and QuikSCAT measurements presented here agree qualitatively with each other and provide a wealth of information on the structure of typhoon Jelawat.
Kang Zhou;Sha Bao;Lun-Hai Zhi;Feng Hu;Kang Xu;Zhen-Ru Shu
Structural Engineering and Mechanics
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제87권5호
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pp.451-460
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2023
Recently, the use of smartphones for structural health monitoring in civil engineering has drawn increasing attention due to their rapid development and popularization. In this study, the structural responses and dynamic characteristics of a 421-m-tall skyscraper during the landfall of Typhoon Muifa are monitored using an iPhone 13. The measured building acceleration responses are first corrected by the resampling technique since the sampling rate of smartphone-based measurement is unstable. Then, based on the corrected building acceleration, the wind-induced responses (i.e., along-wind and across-wind responses) are investigated and the serviceability performance of the skyscraper is assessed. Next, the amplitude-dependency and time-varying structural dynamic characteristics of the monitored supertall building during Typhoon Muifa are investigated by employing the random decrement technique and Bayesian spectral density approach. Moreover, the estimated results during Muifa are further compared with those of previous studies on the monitored building to discuss its long-term time-varying structural dynamic characteristics. The paper aims to demonstrate the applicability and effectiveness of smartphones for structural health monitoring of high-rise buildings.
The accurate evaluation of wind characteristics and wind-induced structural responses during a typhoon is of significant importance for bridge design and safety assessment. This paper presents an expectation maximization (EM) algorithm-based angular-linear approach for probabilistic modeling of field-measured wind characteristics. The proposed method has been applied to model the wind speed and direction data during typhoons recorded by the structural health monitoring (SHM) system instrumented on the arch Jiubao Bridge located in Hangzhou, China. In the summer of 2015, three typhoons, i.e., Typhoon Chan-hom, Typhoon Soudelor and Typhoon Goni, made landfall in the east of China and then struck the Jiubao Bridge. By analyzing the wind monitoring data such as the wind speed and direction measured by three anemometers during typhoons, the wind characteristics during typhoons are derived, including the average wind speed and direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral scale, and power spectral density (PSD). An EM algorithm-based angular-linear modeling approach is proposed for modeling the joint distribution of the wind speed and direction. For the marginal distribution of the wind speed, the finite mixture of two-parameter Weibull distribution is employed, and the finite mixture of von Mises distribution is used to represent the wind direction. The parameters of each distribution model are estimated by use of the EM algorithm, and the optimal model is determined by the values of $R^2$ statistic and the Akaike's information criterion (AIC). The results indicate that the stochastic properties of the wind field around the bridge site during typhoons are effectively characterized by the proposed EM algorithm-based angular-linear modeling approach. The formulated joint distribution of the wind speed and direction can serve as a solid foundation for the purpose of accurately evaluating the typhoon-induced fatigue damage of long-span bridges.
The most objective way to overcome the limitation of numerical weather prediction model is to represent the uncertainty of prediction by introducing probabilistic forecast. The uncertainty of the numerical weather prediction system developed due to the parameterization of unresolved scale motions and the energy losses from the sub-scale physical processes. In this study, we focused on the growth of model errors. We performed ensemble forecast to represent model uncertainty. By employing the multi-physics scheme (PHYS) and the stochastic kinetic energy backscatter scheme (SKEBS) in simulating typhoon Rusa (2002), we assessed the performance level of the two schemes. The both schemes produced better results than the control run did in the ensemble mean forecast of the track. The results using PHYS improved by 28% and those based on SKEBS did by 7%. Both of the ensemble mean errors of the both schemes increased rapidly at the forecast time 84 hrs. The both ensemble spreads increased gradually during integration. The results based on SKEBS represented model errors very well during the forecast time of 96 hrs. After the period, it produced an under-dispersive pattern. The simulation based on PHYS overestimated the ensemble mean error during integration and represented the real situation well at the forecast time of 120 hrs. The displacement speed of the typhoon based on PHYS was closest to the best track, especially after landfall. In the sensitivity tests of the model uncertainty of SKEBS, ensemble mean forecast was sensitive to the physics parameterization. By adjusting the forcing parameter of SKEBS, the default experiment improved in the ensemble spread, ensemble mean errors, and moving speed.
Through comparing the mean wind profiles observed overland during the passages of four typhoons, and the gradient wind speeds calculated based on the sea level pressure data provided by a numerical model, the present paper discusses, (a) whether the gradient balance is a valid assumption to estimate the wind speed in the height range of 1250 m ~ 1750 m, which is defined as the upper-level mean wind speed, in a tropical cyclone over land, and (b) if the super-gradient feature is systematically observed below the height of 1500 m in the tropical cyclone wind field over land. It has been found that, (i) the gradient balance is a valid assumption to estimate the mean upper-level wind speed in tropical cyclones in the radial range from the radius to the maximum wind (RMW) to three times the RMW, (ii) the super-gradient flow dominates the wind field in the tropical cyclone boundary layer inside the RMW and is frequently observed in the radial range from the RMW to twice the RMW, (iii) the gradient wind speed calculated based on the post-landfall sea level pressure data underestimates the overall wind strength at an island site inside the RMW, and (iv) the unsynchronized decay of the pressure and wind fields in the tropical cyclone might be the reason for the underestimation.
최근 빈번하게 발생하는 태풍사상은 극심한 홍수 및 바람 재해를 유발 시키고 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 1951년부터 2012년까지 한반도에 내습한 총 197개의 태풍사상을 대상으로 태풍의 발생위치 및 태풍의 궤적을 기준으로 태풍을 범주화 할 수 있는 확률론적 클러스터링 기법을 개발하였다. 모의실험을 통하여 개발된 모형의 적합성을 확인할 수 있었으며, 태풍 경로에 적용이 가능한 방안으로 평가되었다. 1951년부터 2012년까지 한반도 내습한 197개의 태풍사상을 대상으로 확률론적 클러스터링 기법을 적용한 결과 한반도를 내습한 태풍사상은 총 7개의 클러스터로 분류되었으며, 대부분 위도 $10^{\circ}{\sim}20^{\circ}N$, 경도 $120^{\circ}{\sim}150^{\circ}E$ 해수면에서 발생하여 한반도를 향하여 진행하는 것으로 나타났다. 클러스터 B의 경우 약 25.4%의 발생빈도를 가지며, 전선의 방향도 한반도를 직접 향하고 있어 상대적으로 한반도에 영향이 가장 큰 클러스터로 분석되었으며 한반도 전체에 걸쳐서 강한 양(positive)의 강우량 Anomaly를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이 연구는 6월 남극진동이 한국 6월 강우량에 영향을 주는지 알아보기 위해 두 변수 사이에 상관분석이 이루어졌고 높은 양의 상관관계가 있음이 밝혀졌다. 이는 한국 6월 강우량이 같은 시기에 남반구에서 강화되는 머스커렌 고기압과 호주 고기압의 영향을 받음을 의미하는 것이다. 이 두 고기압이 발달할 때 호주 주위지역으로부터 적도방향으로 적도 횡단류가 강화되며, 이 적도 횡단류의 강화는 북태평양고기압의 북쪽으로의 강화로 이어진다. 이는 결국 장마전선을 한국으로 북상시키는 역할을 한다. 더욱이 북태평양 고기압의 북쪽으로의 강화는 한국에 상륙하거나 영향을 주는 태풍의 빈도를 증가시켜 6월 강우량의 증가에 중요한 역할을 한다.
한반도를 포함한 동아시아 지역은 여름철에 수문기상학적 극치사상에 취약한 지역이다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 동아시아 지역의 대기순환 패턴인 Pacific-Japan (PJ) 패턴을 중심으로 북서태평양 지역의 태풍 활동 특성을 분석하였다. 특히, 한반도에 영향을 미치는 태풍을 중심으로 낙동강 유역의 태풍에 의해 유발된 여름철(June-September) 강수의 지역적 특성 변화를 진단하였다. 분석 결과, 양(+)의 PJ 기간에 발생하는 대기순환패턴의 변화는 태풍의 활동에 보다 유리한 작용을 하는 것으로 나타났다. 한반도에 영향을 미치는 태풍에 대한 진로 분석 결과, 양(+) PJ 기간동안 태풍이 주로 남서쪽으로 향하는 경향이 있으며, 음(-)의 PJ 기간에는 북동쪽으로 향하는 경향이 있는 것으로 나타났다. 태풍 진로의 전향점(recurving location)은 양(+)의 PJ 기간에는 보다 북서쪽에 위치하며, 음(-)의 PJ 기간에는 보다 북동쪽에 치우쳐 있음이 분석되었다. 따라서, 음(-)의 PJ기간 보다 양(+)의 PJ 기간에 태풍의 활동이 활발하며, 낙동강유역에서 태풍에 의한 강수가 통계적으로 유의한 증가패턴이 뚜렷하게 발생하고 있는 것으로 확인되었다.
With the assistance of typhoon field data at aerial elevation level observed by meteorological satellites and wind velocity and direction records nearby the ground gathered in Guangzhou Weather Station between 1985 and 2001, some key wind field parameters under typhoon climate in Guangzhou region were calibrated based on Monte-Carlo stochastic algorithm and Meng's typhoon numerical model. By using Peak Over Threshold method (POT) and Generalized Pareto Distribution (GPD), Wind field characteristics during typhoons for various return periods in several typical engineering fields were predicted, showing that some distribution rules in relation to gradient height of atmosphere boundary layer, power-law component of wind profile, gust factor and extreme wind velocity at 1-3s time interval are obviously different from corresponding items in Chinese wind load Codes. In order to evaluate the influence of typhoon field parameters on long-span flexible bridges, 1:100 reduced-scale wind field of type B terrain was reillustrated under typhoon and normal conditions utilizing passive turbulence generators in TJ-3 wind tunnel, and wind-induced performance tests of aero-elastic model of long-span Guangzhou Xinguang arch bridge were carried out as well. Furthermore, aerodynamic admittance function about lattice cross section in mid-span arch lib under the condition of higher turbulence intensity of typhoon field was identified via using high-frequency force-measured balance. Based on identified aerodynamic admittance expressions, Wind-induced stochastic vibration of Xinguang arch bridge under typhoon and normal climates was calculated and compared, considering structural geometrical non-linearity, stochastic wind attack angle effects, etc. Thus, the aerodynamic response characteristics under typhoon and normal conditions can be illustrated and checked, which are of satisfactory response results for different oncoming wind velocities with resemblance to those wind tunnel testing data under the two types of climate modes.
본 연구에서는 1970년부터 2008년까지 연중 강풍 발생이 많은 지역인 군산, 목포, 여수, 완도에서 관측된 시간별 평균 바람자료를 이용하여 원인별 강풍발생특성을 분석하였다. 기상청 강풍주의보 기준인 13.9 m/s 이상인 바람을 강풍으로 정의하였다. 강풍 발생 원인을 태풍, 겨울 계절풍, 전선풍으로 구분하였다. 태풍의 경우 관측지점 상륙을 전후로 급격한 풍향 및 풍속의 변화를 나타냈고, 겨울 계절풍의 경우에는 북서풍 계열이 우세하며 풍속의 주기성을 보였다. 전선풍은 전선의 위치에 따라 관측지점의 풍향이 남서풍 계열에서 북서풍 계열로 변화하였다. 강풍의 발생빈도는 군산, 목포, 여수, 완도의 순이었고, 발생 원인별로 겨울 계절풍은 군산과 목포, 완도에 가장 영향이 크고, 태풍의 영향이 가장 적었으며, 여수는 태풍에 의한 영향이 가장 많고 겨울 계절풍의 영향이 가장 적었다. 지구온난화와 연관된 강한 태풍의 발생은 매년 태풍의 수가 일정함에도 불구하고 강풍 발생빈도를 증가시켰으며, 겨울 계절풍과 전선풍에 의한 빈도는 점차 감소하는 경향을 보였다. 강풍의 지속시간의 결과에서는 각 발생원인 모두 1시간 지속시간의 비율이 가장 높고, 시간이 증가할수록 빈도는 감소하였다. 이러한 결과는 각 지점의 지리적 위치에 의한 영향이 크게 반영되어 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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