对流边界层中的平均风与位温通量廓线

我们建立了对流边界层(CBLs)中平均风与位温通量廓线的创新解析表达式。CBLs常在白天因地球表面受太阳辐射加热而出现,因此其建模对天气预报、气候模拟与风能应用具有重要意义。对于对流滚轴主导 regime 下的 CBLs,混合层主体区的平均风速与位温近似均匀。我们基于扰动方法,利用地表与逆温层水平均匀且准定常的特征,提出了归一化位温通量随高度变化的解析表达式。混合层与夹卷区中的速度廓线则依据所提位温通量廓线及对流对数摩擦定律获得的见解构建。将其与著名的莫宁-奥布霍夫相似理论结合,可刻画整个边界层高度内的速度廓线。所提廓线与大涡模拟结果在 $-L/z_0 \in [3.6\times10^2, 0.7 \times 10^5]$ 范围内高度吻合,其中 $L$ 为奥布霍夫长度,$z_0$ 为粗糙度长度。