边界层迩散与足迹模型：求解欧拉稳态输运扩散方程的快速数值求解器
流体动力学
2025-06-11 v1 大气与海洋物理
摘要
理解温室气体和污染物如何通过大气运输对于预测和减轻其影响至关重要。我们提出了一种新型大气迩散与足迹模型：边界层迩散与足迹模型 (BLDFM)，其采用基于傅里叶方法、线性射线法和指数积分法的数值方法求解三维稳态欧拉形式的输运扩散方程。该模型旨具备灵活性，可用于广泛的应用场景，包括气候影响研究、工业排放监测、农业规划和空间通量归因。我们使用解析测试案例对模型进行了验证。数值结果表明，结果与解析解高度吻合。我们还将模型与科恩-梅克纳（Kormann and Meixner, Boundary-Layer Meteorology, 2001）足迹模型 (FKM) 进行了比较，结果显示总体上良好一致，但在足迹的获取范围上存在一些差异，这归因于 FKM 模型未考虑纵向湍流混合。我们的结果表明，BLDFM 模型作为面向大气科学家、生物地球化学家、生态学家和工程师的有用工具具有潜力。
引用
@article{arxiv.2504.18888,
title = {The Boundary Layer Dispersion and Footprint Model: A fast numerical solver of the Eulerian steady-state advection-diffusion equation},
author = {Mark Schlutow and Ray Chew and Mathias Göckede},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.18888},
year = {2025}
}