GUSTO : toepassing van vlaagtheorie op windmetingen en verwachtingen

Bij de bepaling van de windbelasting op constructies en voertuigen spelen windvlagen een belangrijke rol. Windvlagen zijn de extremen van het turbulente, stochastische windveld. De waarschijnlijkheid waarmee een windvlaag optreedt is te bepalen uit het spectrum van de windsnelheidsfluctuaties. De kansdichtheidsverdeling van windvlagen kan vergeleken worden met het risicoprofiel van een constructie of voertuig om een aanvaardbare windbelasting te bepalen of een waarschuwingsniveau bij windvlaagverwachtingen. Een meting van een windvlaag kan, net als het gedrag van een constructie of voertuig, gezien worden als de response van een filter op het aangeboden windveld. Bij de vertaling van gerapporteerde windvlagen naar specieke toepassingen dient daarom rekening te worden gehouden met de karakteristiek van het windveld (spectrum of kansdichtheid), de karakteristieken van de meting (instrumenteigenschappen, vlaaglengte, meetinterval) en de karakteristieken van de toepassing (lengteschaal, hoogte, risicoprofiel.) De windvlaagtheorie van Wieringa [Wieringa, 1973] is op dit moment de basis voor de herleiding van windvlaagmetingen en de uitgifte van windvlaagverwachtingen op het KNMI. In deze theorie wordt niet de volledige kansdichtheidsverdeling van windvlagen gemodelleerd, maar slechts de mediane maximale windvlaag. De theorie modelleert niet expliciet alle karakteristieken van het windveld, de windmeting en de response van constructies en voertuigen. Dit is een beperking van de mogelijke toepassingen van de theorie en van het gebruik van windmetingen en verwachtingen. In deze rapportage wordt een windvlaagtheorie afgeleid op basis van eerder werk van Beljaars [Beljaars, 1983] waarin deze karakteristieken wel worden gemodelleerd en waarin een volledige beschrijving van de kansdichtheidsverdeling van windvlagen wordt gegeven. De kracht van deze benadering wordt gedemonstreerd aan de hand van toepassingen, waaronder de vergelijking van de numerieke modellering van verstoringen van het windklimaat door bebouwing met historische windmeetreeksen en de afleiding van een equivalente windvlaagrapportage uit numerieke weermodellen. Op grond van de brede toepasbaarheid pleiten de auteurs voor de vervanging van de Wieringa theorie door de Beljaars theorie. Deze rapportage is een deelresultaat van het project GUSTO dat de numerieke modellering van windvlagen beoogt.