Comparison of roughness lengths and turbulence intensities measured in landfalling hurricanes

Abstract

An accurate estimate of surface roughness length is very important for many wind engineering applications. It is used in logarithmic wind profiles to determine wind speed in relation to height. It is also used to estimate turbulent properties of wind flow. Several estimation methods have been documented in literature. However, most are based on extratropical (straight) wind measurements taken over homogeneous fetches; conditions which may not properly approximate the turbulent structure of tropical wind systems passing over heterogeneous terrains. Recent availability of high-resolution wind data taken during hurricane passages enables the study of roughness lengths for several types of heterogeneous fetches. This work focuses on comparing different ways of computing roughness lengths directly from the data, with a roughness estimation framework based on the site’s geographic information and the Land Use and Land Cover classification. The accuracy of all estimations is discussed, and recommendations are made to refine the framework.

Un estimado preciso del largo de rugosidad en la superficie del terreno es importante para aplicaciones en ingeniería de viento. Este se utiliza en perfiles logarítmicos del viento para determinar la velocidad en relación con la altura. También se usa para estimar las propiedades turbulentas del flujo del viento. Varios métodos de estimación se han documentado en la literatura. Sin embargo, la mayoría se basan en mediciones de vientos extra-tropicales sobre terrenos homogéneos. Posiblemente estas condiciones no aproximen adecuadamente la estructura turbulenta de los vientos de sistemas tropicales que pasan sobre terrenos heterogéneos. La disponibilidad reciente de medidas de viento tomadas en alta resolución durante el paso de huracanes permite el estudio de largos de rugosidad para varios tipos de terrenos heterogéneos. Este trabajo se enfoca en la comparación de diferentes maneras de calcular los largos de rugosidad directamente de los datos, con una plataforma para estimar rugosidad basada en la información geográfica del área. La precisión de todas las estimaciones se compara y se discute. Los resultados indican que los estimados de rugosidad basados en información geográfica son útiles para propósitos de investigación relacionada a huracanes.