蔡秀华 吕文忠 陈龙泉

1 中国气象科学研究院，北京 100081

2 中国气象局气象干部培训学院，北京 100081

3 中国辐射防护研究院，太原 030006

1 引言

龙卷风是在核电厂的选址、设计和安全评价中需要考虑的一种重要外部自然事件。龙卷风冲击核电厂等建筑物时，对其设备和构筑物会造成破坏，严重时会引起爆炸。龙卷风是对流风暴产生的最猛烈的小尺度天气现象（姚聃,2018），维持时间仅有几分钟到几十分钟，预报准确率十分有限（Wurman et al.,2012; Anderson et al.,2016）。即使采用世界上最先进的移动雷达系统进行观测，对于龙卷精细化结构和演变的分析研究仍然十分困难（Wurman et al.,2013）。虽然龙卷风生命史短暂，但其破坏力惊人，所到之处造成的灾害都是毁灭性的（俞小鼎等,2008; 曹治强等,2008; 王霁吟等,2015; 杜康云等,2019）。全球每年大约发生 2000多个龙卷，美国是龙卷发生频率最高的国家，我国龙卷风相对少发（范雯杰和俞小鼎,2015）。通过对福清核电厂评价区域内龙卷风调查的案例进行初步的统计分析获知，龙卷风多发生在午后和春、夏二季强对流盛行之时，常伴有雷电、暴雨、冰雹、飞射物等，使灾害加重。该区域内，1959～2017年龙卷风总体有上升趋势。

为了解龙卷风对建筑结构的影响，国内外学者们进行了大量研究。1882年Rankine提出了Rankine涡模型，它是一种二维环流运动，具有模型简单、有精确解等优点，且在一定程度能够反应龙卷风风场的一般特性（张文娜和钱江,2016）；目前有关对龙卷风荷载的规定大多是采用二维Rankine模型表示龙卷风风速分布（US Nuclear Regulatory Commision，2007）。Sun et al.（1977）以 Navier-Stokes方程和Hoecker提出的旋转风方程等为基础进行理论推导，提出了适用于核电站风荷载计算的龙卷风通用简化模型；……