# 台风与飓风物理模拟 - 风场风圈、台风等级、潜在强度、风暴潮与风荷载

> 按 Holland 风廓线由中心气压和最大风速半径算风速与风圈，自动判定台风等级和萨菲尔-辛普森级别，估算潜在强度、风暴潮和建筑风压。

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输入中心气压、环境气压、最大风速半径和纬度，用 Holland 参数风廓线算出地面风速和气压随半径的分布，给出 7、10、12 级风圈半径，并按中国国家标准和萨菲尔-辛普森标准自动分级；俯视动画中的粒子按真实的相对风速和入流角螺旋流入，北半球逆时针、南半球顺时针。另有 Emanuel 最大潜在强度与海温的关系、风暴潮粗估和建筑立面风荷载计算。

## 使用步骤

1. 点一个著名风暴预设（山竹、海燕、卡特里娜、伊代），或自己设定中心气压、最大风速半径、纬度和 B 参数
2. 在“风场与分级”查看最大风速、台风等级、各级风圈和旋转方向，拖动入流角看气流螺旋
3. 在“强度与海温”调节海表温度和出流温度，看潜在强度以及为什么需要 26.5 °C 以上的海水
4. 在“风暴潮”和“建筑风荷载”设定陆架宽度、水深或立面尺寸，估算增水高度和墙面受力

## 功能特点

- Holland 1980 梯度风与 Holland 2010 地面风两种风廓线，B 参数可手动或按经验式自动估算
- 同时按中国 GB/T 19201（热带低压至超强台风）、萨菲尔-辛普森和蒲福风级分级
- 粒子俯视动画：真实相对风速、可调入流角、按纬度决定旋转方向
- Emanuel 最大潜在强度和海面相当位温，对比 26.5 °C 生成门槛
- 逆气压效应加风应力增水的风暴潮粗估，跨陆架水位剖面
- 动压 q = ½ρv² 的立面与窗玻璃风荷载

## 常见问题

### 台风、强台风、超强台风是怎么划分的？

中国国家标准 GB/T 19201-2006 按底层中心附近 2 分钟平均最大风速划分：10.8–17.1 m/s 为热带低压，17.2–24.4 为热带风暴，24.5–32.6 为强热带风暴，32.7–41.4 为台风（12–13 级），41.5–50.9 为强台风（14–15 级），51.0 m/s 及以上为超强台风（16 级或以上）。美国的萨菲尔-辛普森等级用 1 分钟平均风速，33 m/s 起为 1 级飓风，70 m/s 以上为 5 级。两种平均时距不同，同一风暴的数值会略有差别。

### 为什么中心气压越低，风越大？

风是被气压差推动的。台风中心气压比周围低几十到一百多百帕，向内的气压梯度力在最大风速半径附近与离心力、科里奥利力大致平衡（梯度风平衡）。Holland 模型给出最大风速约为 √(BΔp/ρe)，所以风速大致与气压差的平方根成正比；B 越大，风场越集中在眼墙附近，同样的气压差风速越大。

### 为什么台风需要 26.5 °C 以上的海温？

台风是一台热机，燃料是海面蒸发的水汽。海面空气要足够暖湿，它的相当位温才能超过对流层中层的饱和相当位温，深对流才能一路发展到对流层顶；热带大气的中层温度由最暖的洋面决定，算下来门槛大约就是 26–27 °C。此外暖水层还要有约 50 m 厚，否则台风搅起的冷水会切断能量。工具同时给出 Emanuel 潜在强度：海温越高、出流层越冷，理论最大风速越高。

### 北半球台风为什么逆时针旋转？

空气从四周流向低压中心时，科里奥利力在北半球使运动向右偏，结果形成绕中心逆时针的旋转；南半球向左偏，因此顺时针旋转。赤道附近科里奥利参数 f = 2Ω sinφ 接近零，气流无法组织成闭合旋涡，所以赤道两侧约 5° 以内几乎不生成台风。

### 风暴潮和风荷载的估算可靠吗？

都只是数量级估算。风暴潮这里只计逆气压效应（每百帕约 1 cm）和定常风应力在陆架上的堆积，没有天文潮、波浪增水、海湾漏斗效应和风暴移动，真实值可能偏高或偏低很多，应以官方预警为准。风荷载按 q = ½ρv² 和典型体型系数估算，真实设计需按建筑荷载规范考虑高度、地形和阵风系数。

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