[发明专利]城市公园高分辨率大气CO2

权利要求书

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；

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；

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。

2.根据权利要求1所述的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，步骤S1中建立CFD数值模拟计算域包括如下步骤：

步骤S11，在CAD软件中使用三维实体刻画所述城市公园内的建筑物，得到三维建筑实体；

步骤S12，依据所述城市公园的范围设置计算域的水平与垂直范围，并与所述三维建筑实体进行布尔减运算得到CFD数值模拟的计算域；其中，计算域的水平范围H_hor为所述城市公园半径h_hor的5倍及以上，计算域的垂直高度H_ver为所述城市公园内的下垫面垂直高度最大值h_ver，max的10倍及以上。

3.根据权利要求1所述的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，定义所述计算域中的边界条件，包括底边界、建筑表面、侧边界与顶边界，其中，底边界分为核心区域的底边界与其他区域的底边界。

4.根据权利要求1所述的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，对所述计算域划分非结构化网格，首先设置网格尺寸，其次确定网格类型；其中，所述网格尺寸包括面网格尺寸与体网格尺寸；所述网格类型为增强质量的三角形面网格、四面体体网格与棱柱层边界层网格。

5.根据权利要求1所述的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，

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C_d、植被对大气CO₂的吸收率V_d与下垫面的空气动力学粗糙度

6.根据权利要求5所述的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，步骤S3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V_d，V_d的计算方法为：

式(1)中，F_c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，L_m表示LAD的最大值，z_m为L_m对应的植被冠层高度；

植被拖曳系数C_d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、C_d、V_d、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。