大气边界层的数值方法实现：以OpenFOAM为例（一）

地球表面通过地面的摩擦对空气水平运动产生阻力，从而使气流速度减慢，该阻力对气流的作用随高度的增加而减弱。当超过特定高度 $(z_G)$ 时,这一作用即可被忽视，气流将沿等压线以梯度风速流动，则将此高度以下的区域称作大气边界层（Atmosphere Boundary Layer, ABL）。一般的，大气边界层内近地层的气流是湍流，湍流掺混使地表阻力的影响扩展到大气边界层的整个区域。而在边界层高度以上的自由大气中的风流动属于层流。[1]

平均风剖面是微气象学研究风速变化的一种主要方法。目前，气象学家认为用对数律表示大气底层强风风速廓线比较理想，其表达式为[2][3]$$u = \frac{u^*}{\kappa} \ln \left( \frac{z - d + z_0}{z_0} \right)\tag{1}$$式中

$u$ — 高度 $z$ 处的平均风速（m/s）

$u^*$ — 剪切风速（m/s）

$\kappa$ — 卡曼常数，一般取0.4

$d$ — 零平均位移（m）

$z_0$ — 粗糙高度（m），取值可见下表[1]

城市地区的修正下次再写。

  懒得写了。

[1] 黄本才. 结构抗风分析原理及应用[M]. 同济大学出版社, 2001.

[2] Yang Y, Gu M, Chen S, et al. New inflow boundary conditions for modelling the neutral equilibrium atmospheric boundary layer in computational wind engineering[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2009, 97(2): 88-95.

[3] Richards P J, Hoxey R P. Appropriate boundary conditions for computational wind engineering models using the k-ε turbulence model[M]//Computational Wind Engineering 1. Elsevier, 1993: 145-153.