申请/专利权人：上海师范大学

申请日：2022-12-02

公开（公告）日：2024-03-12

公开（公告）号：CN115994496B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F30/10;G06T17/10;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.12#授权;2023.05.09#实质审查的生效;2023.04.21#公开

摘要：本发明提供了一种城市公园高分辨率大气CO2浓度三维场的数值模拟方法，属于城市碳循环领域。所述数值模拟方法依据城市公园建CFD数值模拟计算域；在CFD软件中对计算域设置边界并划分非结构化网格，每个网格单元具有网格质心点；使用多源数据生成刻画所述高度非均匀下垫面物理性质的参数化文件；再在CFD软件中设置控制方程源项、湍流模型、边界条件与求解器；最后在CFD软件中对所述计算域进行初始化，并完成数值求解，得到时间序列上的高时空分辨率大气CO2浓度三维场。本发明能够模拟待研究城市公园内高时空分辨率的风速场与大气CO2浓度三维场，有助于定量揭示具有高度非均匀下垫面的城市公园的大气CO2浓度的时空分布。

主权项：1.一种城市公园高分辨率大气CO2浓度三维场的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，建立所模拟城市公园的CFD数值模拟计算域；所述城市公园的下垫面高度非均匀；步骤S2，在CFD软件中定义所述计算域中的边界条件并对所述计算域划分非结构化网格；所述非结构化网格的每个网格单元均具有网格质心点；步骤S3，使用多源数据生成刻画高度非均匀下垫面的物理性质的参数化文件；所述多源数据包括：土地利用数据、植被冠层高度、植被叶面积指数、碳通量、大气CO2浓度；所述刻画高度非均匀下垫面的物理性质包括四个参数：植被叶面积体密度LAD、植被拖曳系数Cd、植被对大气CO2的吸收率Vd与下垫面的空气动力学粗糙度具体地，生成刻画高度非均匀下垫面的物理性质的参数化文件时：采用土地利用数据刻画高度非均匀下垫面的下垫面类型；采用碳通量、大气CO2浓度刻画植被对大气CO2的吸收率Vd，Vd的计算方法为： 式1中，Fc表示碳通量，C表示大气CO2浓度；LAD的计算方法为： 其中，式2中，n为层数，z为该层植被冠层高度，Lm表示LAD的最大值，zm为Lm对应的植被冠层高度；植被拖曳系数Cd和空气动力学粗糙度根据下垫面类型、观测值、或经验值进行赋值；再将不同边界条件中的参数LAD、Cd、Vd、映射至网格质心点上，生成四个刻画高度非均匀下垫面物理性质的参数化文件；步骤S4，在CFD软件中设置控制方程源项、湍流模型、边界条件与求解器；其中，所述设置控制方程源项，具体包括：大气CO2浓度变量所在的大气CO2浓度控制方程为： 式3中，t为时间，xj为x,y,z三个方向的脉动分量，D为大气CO2的扩散系数，Sd为控制方程源项；所述设置湍流模型，具体包括：所述湍流模型为基于雷诺平均RANS方法的k-epsilon湍流模型，该模型中为动量方程、湍流方程与大气CO2浓度控制方程添加的源项如式4-7所示：Su＝-CdLAD·Uui4Sk＝CdLADβpU3-βdUk5Sε＝CdLADcε4βpU3-cε5βdUε6Sd＝-LAD·VdC7式4-7中，U为风速，ui为x,y,z方向上的风速分量，i表示x、y或z方向，βp、βd、cε4、cε5为湍流模型的常数项，k为湍流粘度，ε为湍流耗散率；所述设置边界条件，CFD数值模拟边界条件如下：侧边界为速度入口；风速值Uz采用对数曲线如公式8所示： 式8中，U*为摩擦风速，z为该层植被冠层高度，K为卡曼系数；风向由u,v,w三个分量定义；底边界与建筑表面为无滑移的壁面，顶面为对称边界；步骤S5，在CFD软件中对所述计算域进行初始化，并完成数值求解，得到时间序列上的高时空分辨率大气CO2浓度三维场。

全文数据：

权利要求：

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