前言
基本概念
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]
风速剖面
对数律
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]
| 地面类型 | $z_0/\rm{m}$ | 地面类型 | $z_0/\rm{m}$ |
|---|---|---|---|
| 砂地 | 0.0001~0.001 | 矮棕榈 | 0.10~0.30 |
| 雪地 | 0.001~0.006 | 松树林 | 0.90~1.00 |
| 割过的草地（~0.01m） | 0.001~0.01 | 稀疏建成市郊 | 0.20~0.40 |
| 矮草地、空旷草原 | 0.01~0.04 | 密集建成市郊、市区 | 0.80~1.20 |
| 休耕地 | 0.02~0.03 | 大城市中心 | 2.00~3.00 |
| 高草地 | 0.04~0.10 |
城市地区的修正下次再写。
指数律
懒得写了。
湍流特征
参考文献
[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.
