邵博豪,袁仁民,刘豪,乔秉钦,王兆悦,许长顺,刘贵晟

(中国科学技术大学地球和空间科学学院,安徽 合肥 230026)

0 引言

随着城市居住人口的急剧上升,城市的地气相互作用特征以及大气环境越来越受到重视。由于城市边界层中的流体运动几乎总是处于湍流状态[1],所以大气边界层物理研究中城市边界层结构及其湍流特征也成为相关领域中的研究焦点之一。

由于大量建筑物的存在以及人类活动的发生,城市边界层的结构特征与平坦均匀下垫面之上的边界层结构特征明显不同。一般认为,城市建筑物的包络形成了所谓的城市冠层(Urban canopy),冠层之上为粗糙子层(Rough sublayer,RSL)和惯性子层(Inertial sublayer,ISL)[2,3]。粗糙子层由城市冠层中粗糙元尾流组成,在垂直方向上约为冠层高度的2～5倍[4]。在高建筑物的区域,粗糙子层占据城市边界层的大部分,大多数污染问题发生在这一层。粗糙子层之上为惯性子层,一般认为该层的流场符合平坦均匀下垫面之上的近地面层特征[3]。

由于城市下垫面的复杂性,常规的Monin-Obukhov相似性理论(Monin-Obukhov similarity theory,MOST)所包含的近地面层为常通量层的假设以及归一化的速度温度方差所满足的通用函数在城市粗糙子层中难以应用,为此将常规的相似理论类推到局地相似理论。局地的概念是为了研究稳定层结湍流而提出的[5]。在稳定连续湍流中引入局地标量概念,由局地标量参数形成的无量纲量是关于z/L的函数(L是Obukhov长度),从而把常通量层的MOST理论扩展到局地相似性理论。……