2024年6月11日发(作者：)

大气边界层湍流输运模型研究

大气边界层是指大气中与地面接触的那一层，它直接影响着地球上的天气、空

气质量和气候变化等重要方面。在大气边界层中，湍流是造成气象现象和大气污染

扩散的主要机制之一。为了更好地研究大气边界层中的湍流输运过程，科学家们提

出了各种模型和方法。

大气边界层的湍流输运模型研究旨在揭示大气边界层中的湍流传输过程，并预

测和模拟大气污染物的扩散情况。这对于环境保护、气象预测和城市规划等领域都

具有重要意义。随着计算机技术和数值模拟方法的不断进步，湍流输运模型的研究

取得了显著的进展。

湍流在大气边界层中起着重要的作用，它能够混合和输送大气中的污染物和能

量。传统的湍流输运模型主要基于雷诺平均的Navier-Stokes方程，通过精细离散

化和数值求解方法来模拟大气湍流的演化和传输。这些模型在湍流研究中被广泛使

用，但是由于对大气边界层湍流的复杂性和多样性的理解还不够深入，他们的模拟

结果仍然存在一定的误差。

为了更好地描述大气边界层中湍流的演化和传输特性，科学家们发展了一种基

于大涡模拟（Large Eddy Simulation，简称LES）的湍流输运模型。相比于传统的

雷诺平均湍流模型，LES能够更精确地捕捉大气边界层中的湍流结构和涡旋。LES

模型通过将原始Navier-Stokes方程分解为大尺度和小尺度的两个部分，通过滤波

运算来模拟大尺度结构的演化，采用子网格模型来近似小尺度的湍流。

另外，一些研究者还利用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称

CFD）方法开展大气边界层湍流输运模型的研究。CFD方法通过对流体运动进行

数值仿真和模拟，来研究湍流传输过程。这些方法常常使用有限体积法或有限元法

对流体动力学方程进行离散，通过求解稳态或非稳态的动力学方程来模拟湍流输运。

除了数值模拟方法，还有一些实验方法被用于研究大气边界层中的湍流输运。

例如，直接数值模拟（Direct Numerical Simulation，简称DNS）通过对湍流运动的

每个细节进行求解，来模拟湍流的全程演化。另外，风洞实验和气象观测也可以用

来观测和验证湍流输运模型。

总结起来，大气边界层湍流输运模型的研究是一个复杂而重要的课题。通过数

值模拟、实验观测和理论分析相结合的方法，科学家们正努力揭示大气边界层中湍

流的基本特性和运动规律。随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，相信湍流

输运模型的研究将会取得更多的进展，为我们更好地理解和预测大气边界层的湍流

运动提供更可靠的理论和方法。