[发明专利]城市公园高分辨率大气CO2

说明书

本发明提供了一种城市公园高分辨率大气COsubgt;2/subgt;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COsubgt;2/subgt;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COsubgt;2/subgt;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COsubgt;2/subgt;浓度的时空分布。

技术领域

本发明属于城市碳循环领域，具体涉及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。

背景技术

“碳中和”是指单位时间，单位区域内人类直接或间接排放的CO₂与通过植树造林、节能减排等方式减少的CO₂实现相互抵消，达到“零排放”。城市公园占地面积通常在三十公里以下，公园内部多种自然下垫面(如林地、耕地、湿地、草地等)与人工下垫面(如建筑、不透水面等)镶嵌分布，其高度非均匀下垫面的近地面大气CO₂浓度场难以准确捕捉，从而对城市公园生态系统碳汇核算带来挑战。

现有技术中，一般通过实地观测、中尺度模式等方法来获取城市公园内的大气CO₂浓度值。但是，实地观测往往难以涵盖各种非均匀下垫面，也无法获得连续的大气CO₂浓度场；通过中尺度模式获得的大气CO₂浓度数据受限于模式的空间分辨率和机理，无法获取百米尺度水平分辨率的大气CO₂浓度场。因此实地观测与中尺度模式无法满足获取城市公园内高时空分辨率(一小时/几十米)大气CO₂浓度三维场需求。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明实施例旨在提供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，基于计算流体动力学CFD对高度非均匀下垫面与大气之间的复杂物理作用进行精确模拟，获取高度非均匀下垫面高时空分辨率(小时/几十米)大气CO₂浓度三维场，为加强城市公园生态系统碳汇核算和增汇技术研究、提升生态系统碳汇能力、支撑碳中和目标的高质量实现提供技术和方法支撑。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

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，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。

作为本发明的一个优选实施例，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；