一方面台风与人们的生产、生活密切相关,给沿海及内陆地区带来了充足的雨水;另一方面,台风是最严重的自然灾害之一,具有突发性强、破坏力大等特点。关于台风的研究主要有:气象学从台风的形成、发展以及消亡的整个大气物理过程着手,充分考虑台风天气系统的各类要素,但主要是对台风进行大尺度的模拟;土木结构领域未考虑温度、湿度、水汽等物理过程,得到简化的控制方程,虽然对研究台风机理有着明显的缺陷,但为结构的安全设计提供较好的分析资料;灾害评估专业以及保险行业则是着重台风的发生、登陆等概率分析,充分考虑各种不确定因素以及统计规律。本文采用气象学大气控制方程组进行小尺度的台风风场模拟,较之传统相互独立的研究,其优势在于既保证了台风模拟的相对准确,又能将模拟信息延伸到小尺度区域,这对土木工程来说是一种很好的研究思路。首先进行台风天气系统的数值模拟,得到精细三维台风场时-空信息,分析台风风场结构、风场特性;进一步考虑可能影响模拟结果的旋转湍流因素、时空精度和亚格子模型,修改源程序或加入新的亚格子模型进行分析。本文目标是通过数值模拟得到精细、准确的台风风场,便于大型桥梁、风力电厂选址,城市风环境等研究开展;并发现气象学与土木学科关注连接领域的新现象,对得出的新现象给出合理的理论解释。本文利用的是由美国环境预测中心和美国国家大气研究中心等科研机构开发的统一的中尺度数值模式WRF。具体研究内容如下:首先,利用WRF模拟2014年16号台风凤凰,分为WRF模拟和WRF-LES模拟两种工况,对比分析台风的风场特性,优选出模拟结果较好的工况作为后续分析的主要依据。在分析过程中,发现平均风速剖面与台风中心所处地形有着密切的相关性;脉动风速谱在平稳段与高频段之间存在一过渡段,这与科尔莫戈罗夫的-5/3次律的边界层谱有一定出入;湍流强度、湍流积分尺度同样与常态风相差较大;然后,重点分析引起脉动风速谱“异样”的可能因素:旋转湍流、时空精度以及WRF模式亚格子模型的准确性,得出各可能因素对于台风系统的具体影响情况;与此同时模拟一正常天气系统,对比分析脉动风速谱特点;最后,结合正常天气系统模拟出现的类似现象,找出脉动风速谱“异样”的合理理论解释--涡度拟能、地转平衡概念。通过上述分析,从理论上解释新现象,可以优选出在台风大、小尺度上都较为准确的风场信息方案,完成了课题的初衷。