Multivariate simulation is necessary for cases where non-Gaussian processes at spatially distributed locations are desired. A simulation algorithm to generate non-Gaussian wind pressure fields is proposed. Gaussian sample fields are generated based on the spectral representation method using wavelet transforms method and then mapped into non-Gaussian sample fields with the aid of a CDF mapping transformation technique. To illustrate the procedure, this approach is applied to experimental results obtained from wind tunnel tests on the domes. A multivariate Gaussian simulation technique is developed and then extended to multivariate non-Gaussian simulation using the CDF mapping technique. It is proposed to develop a new wavelet-based CDF mapping technique for simulation of multivariate non-Gaussian wind pressure process. The efficiency of the proposed methodology for the non-Gaussian nature of pressure fluctuations on separated flow regions of different rise-span ratios of domes is also discussed.
Kim, Yoo-Keun;Jeong, Ju-Hee;Bae, Joo-Hyun;Kwun, Ji-Hye;Seo, Jang-Won
Journal of Environmental Science International
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v.15
no.8
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pp.759-774
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2006
We employed two data assimilation techniques including MM5 Four Dimensional Data Asssimilation (FDDA) and Local Analysis and Prediction System (LAPS) to find out the effects of the changed inetial conditions on the wind fields simulation according to the objective analysis methods. We designed 5 different modeling cases. EXP B used no data assimilation system. Both EXP Fl using surface observations and EXP F2 with surface and upper-air observations employed MM5 FDDA. EXP Ll using surface observations and EXP L2 with surface and upper-air observations used LAPS. As results of, simulated wind fields using MM5 FDDA showed locally characterized wind features due to objective analysis techniques in FDDA which is forcefully interpolating simulated results into observations. EXP Fl represented a large difference in comparison of wind speed with EXP B. In case of LAPS, simulated horizontal distribution of wind fields showed a good agreement with the patterns of initial condition and EXP Ll showed comparably lesser effects of data assimilation of surface observations than EXP Fl. When upper-air observations are applied to the simulations, while MM5 FDDA could hardly have important effects on the wind fields simulation and showed little differences with simulations with merely surface observations (EXP Fl), LAPS played a key role in simulating wind fields accurately and it could contribute to alleviate the over-estimated winds in EXP Ll simulations.
To determine tornadic wind loads, the wind pressure, forces and moments induced by tornadoes on civil structures have been studied. However, in most previous studies, only the individual building of interest was included in the wind field, which may be suitable to simulate the case where a tornado strikes rural areas. The statistical data has indicated that tornadoes induce more significant fatalities and property loss when they attack densely populated areas. To simulate this case, all buildings in the community of interest should be included in the wind field. However, this has been rarely studied. To bridge this research gap, this study will systematically investigate the influence of a community of buildings on tornadic wind fields by modeling all buildings in the community into the wind field (designated as "the Community case under tornadic winds"). For comparison, the case in which only a single building is included in the tornadic wind field (designated as "the Single-building case under tornadic winds") and the case where a community of buildings are included in the equivalent straight-line wind field (designated as "the Community case under straight-line winds") are also simulated. The results demonstrate that the presence of a number of buildings completely destroys the pattern of regular circular strips in the distribution of tangential velocity and pressure on horizontal planes. Above the roof height, the maximum tangential velocity is lower in the Community case under tornadic winds than that in the Single-building case under tornadic winds because of the higher surface friction in the Community case; below the roof height, greater tangential velocity and pressure are observed in the Community case under tornadic wind fields, and more unfavorable conditions are observed in the Community case under tornadic winds than under the equivalent straight-line winds.
Kim, C.H.;Na, J.G.;Park, C.J.;Park, J.H.;Im, C.S.;Yoon, E.;Kim, M.S.;Park, C.H.;Kim, Y.J.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.19
no.5
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pp.595-610
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2003
The statistical indexes such as RMSE (Root Mean Square Error), Mean Bias error, and IOA (Index of agreement) are used to evaluate 3 Dimensional wind and temperature fields predicted by operational meteorological model RAMS (Regional Atmospheric Meteorological System) implemented in CARIS (Chemical Accident Response Information System) for the dispersion forecast of hazardous chemicals in case of the chemical accidents in Korea. The operational atmospheric model, RAMS in CARIS are designed to use GDAPS, GTS, and AWS meteorological data obtained from KMA (Korean Meteorological Administration) for the generation of 3-dimensional initial meteorological fields. The predicted meteorological variables such as wind speed, wind direction, temperature, and precipitation amount, during 19 ∼ 23, August 2002, are extracted at the nearest grid point to the meteorological monitoring sites, and validated against the observations located over the Korean peninsula. The results show that Mean bias and Root Mean Square Error are 0.9 (m/s), 1.85 (m/s) for wind speed at 10 m above the ground, respectively, and 1.45 ($^{\circ}C$), 2.82 ($^{\circ}C$) for surface temperature. Of particular interest is the distribution of forecasting error predicted by RAMS with respect to the altitude; relatively smaller error is found in the near-surface atmosphere for wind and temperature fields, while it grows larger as the altitude increases. Overall, some of the overpredictions in comparisons with the observations are detected for wind and temperature fields, whereas relatively small errors are found in the near-surface atmosphere. This discrepancies are partly attributed to the oversimplified spacing of soil, soil contents and initial temperature fields, suggesting some improvement could probably be gained if the sub-grid scale nature of moisture and temperature fields was taken into account. However, IOA values for the wind field (0.62) as well as temperature field (0.78) is greater than the 'good' value criteria (> 0.5) implied by other studies. The good value of IOA along with relatively small wind field error in the near surface atmosphere implies that, on the basis of current meteorological data for initial fields, RAMS has good potentials to be used as a operational meteorological model in predicting the urban or local scale 3-dimensional wind fields for the dispersion forecast in association with hazardous chemical releases in Korea.
Bora events over the Adriatic Sea and Black Sea are investigated by using synthetic aperture radar (SAR) images acquired by the Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) onboard the European Envisat satellite. These images show pronounced elongated patterns of increased sea surface roughness caused by bora winds. The comparison of the SAR images with wind fields derived from Quikscat data confirms that in all cases a strong northeasterly wind was blowing from the mountains onto the sea. It is shown that the SAR images reveal details of the spatial extent of the bora wind fields over the sea which cannot be obtained by other instruments. Furtheremore, also quantitative information on the wind field is extracted from the SAR images by using a wind scatterometer model.
Kim, Yoo-Keun;Bae, Joo-Hyun;Jeong, Ju-Hee;Kweon, Ji-Hye;Seo, Jang-Won;Kim, Yong-Sang
Journal of Environmental Science International
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v.15
no.5
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pp.417-430
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2006
We focused on improvement in simulation of wind fields for the complex coastal area. Local Analysis and Prediction System(LAPS) was used as a data assimilation method to improve initial conditions. Case studies of different LAPS inputs were performed to compare improvement of wind fields. Five cases have been employed : I) non data assimilation, II) all available data, III) AWS, buoy, QuikSCAT, IV) AWS, buoy, wind profiler, V) AWS, buoy, AMEDAS. Data assimilation can supplement insufficiency of the mesoscale model which does not represent detailed terrain effect and small scale atmospheric flow fields. Result assimilated all available data showed a good agreement to the observations rather than other cases and estimated veil the local meteorological characteristics including sea breeze and up-slope winds. Result using wind profiler data was the next best thing. This implies that data assimilation with many high-resolution sounding data could contribute to the improvements of good initial condition in the complex coastal area. As a result, these indicated that effective data assimilation process and application of the selective LAPS inputs played an important role in simulating wind fields accurately in a complex area.
LEE GYONG-SEON;KIM HONG-JIN;YOON HAN-SAM;RYU CHEONG-RO
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.05a
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pp.229-234
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2004
A Typhoon wave is generated by wind fields during the Passage of Typhoon. Transporting wind field makes wind wave and swell in the open sea, and then, those wave components are transported in the shallow water. Typhoon waves in the shallow water is generated by Typhoon wind field and incident wave. Bisides, Incident waves to the shallow water are deformated by topographic conditions. This paper estimated the analysis of the Typhoon waves by wind fields and incident waves according to wave action balance equation model. As the result of wave numerical experiment, wave field during the passage of Typhoon 'Memi' in the shallow water is strongly effect by wind fields. Wave action balance equaion can be partially used for Typhoon wave simulations.
Saltation is the most important mechanism of wind-blown sand transport. Till now the interaction between wind and sand has not been fully understood. In this study the saltation of sand sample taken from Taklimakan desert was tested in a simulated atmospheric boundary layer. The captured particle images containing both the tracers for wind and saltating sand, were separated by a digital phase mask technique. Both PIV and PTV methods were employed to extract the velocity fields of wind and the dispersed sand particles, respectively. The mean streamwise wind velocity field and turbulent statistics with and without sand transportation were compared, revealing the effect of the moving sand on the wind field. This study is helpful to understand the interaction between wind and blown sand (in saltation), and provide reliable experimental data fur evaluating numerical models.
Based on translation models, both Gaussian and non-Gaussian wind fields are generated using spectral representation method for investigating the influence of non-Gaussian characteristics and directivity effect of wind load on fatigue damage of wind turbine. Using the blade aerodynamic model and multi-body dynamics, dynamic responses are calculated. Using linear damage accumulation theory and linear crack propagation theory, crack initiation life and crack propagation life are discussed with consideration of the joint probability density distribution of the wind direction and mean wind speed in detail. The result shows that non-Gaussian characteristics of wind load have less influence on fatigue life of wind turbine in the area with smaller annual mean wind speeds. Whereas, the influence becomes significant with the increase of the annual mean wind speed. When the annual mean wind speeds are 7 m/s and 9 m/s at hub height of 90 m, the crack initiation lives under softening non-Gaussian wind decrease by 10% compared with Gaussian wind fields or at higher hub height. The study indicates that the consideration of the influence of softening non-Gaussian characteristics of wind inflows can significantly decrease the fatigue life, and, if neglected, it can result in non-conservative fatigue life estimates for the areas with higher annual mean wind speeds.
This paper adopts autoregressive (AR) model to simulate the wind velocity of spatial three-dimensional fields in accordance with the time and space dependent characteristics of the 3-D fields. Based on the built MATLAB programming, this paper discusses in detail the issues of the AR model deduced by matrix form in the simulation and proposes the corresponding solving methods: the over-relaxation iteration to solve the large sparse matrix equations produced by large number of degrees of freedom of structures; the improved Gauss formula to calculate the numerical integral equations which integral functions contain oscillating functions; the mixed congruence and central limit theorem of Lindberg-Levy to generate random numbers. This paper also develops a method of ascertaining the rank of the AR model. The numerical examples show that all those methods are stable and reliable, which can be used to simulate the wind velocity of all large span structures in civil engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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