15城市化對城市冠層內部風場的影響流，轉變局地的風場構造，對居民日常生活造成影響。城市冠層內的流場構造與湍流分布受人類活動影響最大，跟人類日常生活關增高，導致城市下墊面粗糙度的增大，使得城區(qū)的近地面平均風速減小[10][83]。[84]題，也是一個需要考慮的重要因素。咎于城市內部簡單的構造，主要的影響因素有：A，大量外形各異的街谷的存在走向大致一樣，由于狹管效應，街谷內就會消滅局部的強風區(qū)，反之，當來流風得格外簡單[85]數(shù)H/D來打算，即建筑物的高度H和街谷的寬度D的比值；B，當盛行風吹過城氣流、渦動和繞流等現(xiàn)象，從而使得風場的局地變化更為簡單；C，交通工具在街道中行駛所產(chǎn)生的氣流與熱量，也會影響到街區(qū)的流場。風是城市建筑物設計以及城市規(guī)劃中需要慎重考慮的氣象因素之一。城區(qū)高因而必需認真慎重地考慮風對構造體的動態(tài)載重效應以及建筑物外墻的風壓分筑物風工程爭論的重要課題之一[30,86][42,87]。建筑物四周的流場構造和流速的分布受到諸多因素的影響，包括靠近風的特性、風向、[70,88]堵塞作用而導致的下沖、渦旋、角隅流以及尾流、穿堂風等效應，建筑物構造體[89]熱緩慢、空氣混濁等環(huán)境問題[67,90]。由于經(jīng)濟的高速進展再加以人稠地少，城市間，在空間的安排上也常常承受花園、植栽及水池、噴泉等設計的開放空間，同勢較強，而使行人常常暴露在強風之下，則失去了它原先設計的美意，甚至有可能會影響到它的商業(yè)業(yè)績。通常狀況下，在建筑物或構造體四周，人們往往需要一個開放空間或行人步筑群之間的風場構造，對建后可能導致的環(huán)境問題作出科學的評價[91,92]。水洞試驗等以及數(shù)值模擬計算[93-96][97,98]實可行的爭論手段之一。物理模擬試驗邊界層特性〔2-速gradientwin。2-1不同地況下平均風速隨高度的變化示意圖節(jié)對大氣邊界層的爭論僅限于中性層結的大氣邊界層。模擬邊界層高度內湍流流場的各項重要性質，其中包括平均風速特性及湍流特性。定律，一為指數(shù)律〔powerla，另一則為對數(shù)律〔logarithmicla：〔1〕指數(shù)律〔powerlaw〕U(Z)

Z

(2-1)U 式中U：水平平均風速；Z：地表上的高度；Uδ：大氣邊界層厚度，在城市下墊面狀況下，大小為400－500m；：冪指數(shù)，在現(xiàn)行工程應為定值的指數(shù)律可適用至梯度風高度，邊界層厚度只是指數(shù)影響，0.1－0.6之間[99,100]?！?〕〔logarithmiclaw〕τ 層〔0<Z<Z，Z0.1〕其剪應力值τ

與地外表之剪應0 l l u力值τ

0極為接近，且其橫向之風速重量V微小。對邊界層橫風向的平均風速方Z再加以整理可得luZb *l f

〔2-2〕式中u

：摩擦速度=〔τ /ρ〕0.5；f：科氏力參數(shù)；ρ：空氣密度；b：常數(shù)，0*00.0150.03之間。微氣象學爭論的一些結果顯示，在地表層其平均風速剖面可以下式表示：1U(Z) u1

lnZd

〔2-3〕k * Z00.4vonKarman常數(shù)；0為地表粗糙長度〔roughnesslengt；d為零值位移，通常大小為地表粗糙度的2/3～3/4。式〔2-3〕即為通常所稱之對數(shù)物理模擬試驗的相像律在進展物理模擬時的幾何、動力及熱力的一般相像要求可以從檢視分析方法以下諸式：* (*U*)

i 0x*i

〔2-4〕

U* L

P* T Lg it U* i 0 02i

*U*

0 0 0T*g*j x*j

U ijk j 0

x*i

T U2 i0 0 v

u”u”* 0 i i j

〔2-5〕UL

x*x*

x*0 0 k k jT*

T* k v 2T* ”u”U* 0 0 it*

i x* C v

L

x*x*

x*i 0 po 0 0 0 k k i v U2 0 0 *

〔2-6〕U0L0C

(T) 式中：xi：i方向坐標；t：時間；ρ：質量密度；Ui：i方向的局部平均速度；Δ：溫度差〔與干絕熱遞減率之差；g：重力加速度；：運動黏性系數(shù)；：p熱傳導系數(shù)；Cθu”:i方向重量；piΦ〔〕0〔〕：無因次純量。因次參數(shù)〔括號中的量〕相等。這些要求可概述如下：〔一〕幾何相像律幾何相像是使模型與原型各方向特征長度縮尺比例〔〕全都。特性長度包L，邊界層的厚度δLu等，幾何相像可表示為：(L)m

(L)p

P

(L)u

m(L)uP

〔2-7〕式中〔〕〔〕代表原型。m p〔二〕動力相像律動力相像，是物理模擬中最重要的原則，一般有如下幾個：與科氏力〔Coriolisforce〕之比。gL〕相等。Fr代表流體中慣性力與重力之比。e雷諾數(shù)〔Reynold’se

/v0

代表流體中慣性力與黏性力之比。普朗特數(shù)〔Prandtlnumber,Pr=νo/(ko/ρ0Cpo)〕相等。Pr為流體中黏滯性集中力與熱集中力之比。0?？颂財?shù)〔Eckertnumber,Ec=U0慣性力與熱集中力之比?！踩尺吔鐥l件及靠近流特性相像

2/[Cpo(ΔT)o]〕相等。Ec為流體中特性相像：地表邊界條件相像包括：地表粗糙物分布〔包含地表氣動粗糙性質〕地形起伏外表溫度分布邊界層湍流特性相像包括：(b)湍流頻譜相像(c)平均及脈動溫度分布(e)溫度層結相像假設上述諸項相像要求能夠同時都得到滿足，則從微尺度至中尺度〔10-3~105m〕的氣流運動，在一組特定邊界條件下，都可以被準確地模擬。但些模擬。由于強風所產(chǎn)生的機械混合作用能破壞大氣中的層結現(xiàn)象，而且風場環(huán)境的Fr、Pr、Ec等，可以合理地加以無視。謂微小。一般來說，在水平距離小于十公里，垂直距離不超過一公里狀況下，此500米的，因此風向隨高度的變化可不予以模擬。Re=107~108〔大氣邊界104時，流場的特性已不受雷諾數(shù)大小的影響。風力工程試驗〔包括大局部風洞試驗105~106之間，可滿足試驗要求。再者，依Kolmogrov相像理論，當雷諾數(shù)軸上繪出時具-5/3要特征，表示流場能量傳遞機制符合現(xiàn)場狀況。大氣邊界層的物理〔風洞〕模擬大氣邊界層的物理模擬，通常是使用大型邊界層風洞在其長試驗段上進展平衡狀態(tài)。常用的方法是在風洞底板上輔以粗糙元(roughnesselement)，讓邊界〔UniversityofWesternOntario〕的25m長試驗段的風洞為例，鋪以2.5~10cm的方塊粗糙元〔模擬城市地表狀況，所得邊界層厚度約為90c；鋪以地毯〔鄉(xiāng)村地表狀況38c1/4001/1000。所以，一〔1或〔2〕被動設施，如阻流板、網(wǎng)格板、角形渦流發(fā)生器等來大都憑閱歷、以試誤法來得到。最可行的方法是承受錐形擾流板〔spire〕與粗糙元搭配方法〔2-。這種方法，一般能得到令人較為滿足的平均風速剖面及湍流特性。2-2風洞內產(chǎn)生模擬大氣邊界層的擾流板與粗糙元2-332.0m,3.0m2.0m，流速范圍為1.0m/s21m/s4:124目阻尼網(wǎng)(dampingscreen)。在風洞試驗段距進口25.8m處設有直徑2.0m的轉盤〔turntable，可自由轉動。轉盤的一側設有觀測室，可透過大型的加強落地窗戶對試驗進展觀測記錄〔2-。數(shù)值模式(PUMA)〔PUMAPekingUniversityModelofAtmosphericEnvironment〕能夠對中尺度、小尺度和微尺度的大氣環(huán)境進展模市氣候模式，目前暫不考慮熱力作用。，北京大學環(huán)境模擬國家重點試驗室環(huán)境風洞剖面圖，北京大學環(huán)境模擬國家重點試驗室環(huán)境風洞外觀圖湍流平均方程Navier-Stokes方程為：uxi0i

〔2-8〕u

u 1p i (R)

〔2-9〕t jxj

x x iji jux方向上的平均速度重量i=1,2,，p為空氣i iRij

uui

是由于湍流運動而作用空氣塊上的應力。Reynolds應力表達式應力R按常用的湍流閉合假定，可表示成為ijR 2kij 3 ij

2KSij

u

〔2-10〕Sij

ij

2x

x

K可用湍 j i流淌能k和湍流淌能耗散率，表示成為：KCk2 〔2-11〕其中C為閉合系數(shù)。k-ε模式k和ε分別由以下方程給出：ku

R

ui

K k

〔2-12〕t jxj

ijxj

x x2ki k 2k u

K tujxj

c R1k ij

xixj

xk i

c 2

〔2-13〕其中半閱歷的系數(shù)假定為，c0.09 c11.44 c21.921.0邊界條件

1.3xu(z)u (z/10) 〔2-14〕10其中u 為10m高處風速，冪指數(shù)為穩(wěn)定度和粗糙度的函數(shù)，一般來說，依靠10于風洞試驗的調試結果給出，但在城市中性條件下，可取0.24。在出流邊界，取自由流邊條件

0,0

〔2-15〕x x x x在鈍