CN114357571A - 建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法和***，所述方法包括：根据激光雷达实测风场，获得建成建筑上游的实测粗糙度指数α_A；根据规范分析场地特征，设定场地粗糙度指数初值为α_B，基于α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的粗糙度指数α_C；根据α_A和α_C的差异，调整α_B的值进行迭代计算，直至α_A和α_C之间的差异值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的建成建筑位置处的风场特性。该方法结合多普勒激光测风雷达现场实测和计算流体动力学数值模拟仿真，能够准确获得建成高层建筑处实际的自然风场特性，从而为高层建筑抗风的精细化评估提供科学依据。

Description

建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法和***

技术领域

本发明涉及气象科学与建筑技术科学领域，特别是涉及一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法和***。

背景技术

大气边界层指受到地面摩阻影响的近地大气层，是人们从事生产、生活的主要领域，地面上建筑物的风荷载直接受到大气边界层内空气流动的影响。在大气边界层内，平均风速随高度增加而增加，至大气边界层顶部达到最大，描述这种变化的曲线称为平均风速剖面。大气边界层风场特性包括平均风速剖面和湍流强度剖面，如平均风速剖面是进行超高层建筑抗风设计的重要依据和前提，因此，准确描述高层建筑所处的大气边界层风场特性，具有重要的科学意义和工程价值。

获取大气边界层风场特性的方法有现场实测和数值模拟等手段。其中最可靠的方法是现场实测，多普勒激光测风雷达由于具有高时空分辨率、高精度、便携可移动观测和能适应复杂地形等优点，可以满足大气边界层千米高度范围内的大气三维风场高精度、精细化的实测需求，已有很多学者借助其开展大气边界层风场特性的研究。此外，随着计算机技术及理论研究的不断突破，越来越多研究者基于计算流体动力学(CFD)数值仿真手段开展大气边界层风场特性及其对建筑结构作用的研究，大气边界层风场的精细化数值模拟是计算风工程的研究热点之一。

我国《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)采用指数律来描述大气边界层平均风速剖面和湍流强度剖面，如式(1)和式(2)所示：

其中：

z——离地高度，单位m；

u_z——离地高度z处的平均水平风速，单位m/s；

u₁₀——离地高度10m处的平均水平风速，单位m/s；

I_z——离地高度z处的湍流强度；

I₁₀——离地高度10m处的湍流强度；

α——地面粗糙度指数，其数值与地面粗糙度类别有关，我国荷载规范将地面粗糙度分为A，B，C，D四类，各种地面粗糙度类别对应的指数分别为0.12，0.15，0.22，0.30。

随着城市的发展和地貌的变迁，使得高层建筑密集的城市地貌环境下地面真实粗糙度偏离规范理论风场模型，导致风荷载及风致响应结果估算与实际不符。

在城市中心建成区，高层建筑密集，一方面无法采用常规的测风塔开展边界层风场测量；另一方面，即使可以对建成的超高层建筑周围区域进行边界层风场实测，但由于建成的建筑占据空间，建筑本身也将影响临近区域的边界层风场特性，因此通过实测获得的建筑周边的风场特性，不能准确反映建筑位置处的边界层风场特性，也不能准确评估该建筑的真实风荷载及效应。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法和***，该方法通过结合多普勒激光测风雷达现场实测和计算流体动力学数值模拟仿真，来反演建成建筑环境下大气边界层真实风场特性，理论上减小了由于建成建筑本身对边界层风场特性的影响而造成的误差，比通过激光测风雷达直接获取的建筑附近的风场特性或直接采用规范理论风场模型来近似表征所研究的建筑位置处的边界层风场特性更准确，能够为高层建筑风荷载及风致振动的精细化评估提供科学依据。

本发明的第一个目的在于提供一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法。

本发明的第二个目的在于提供一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演***。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法，所述方法包括：

根据激光雷达实测风场，获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A；

根据规范分析场地特征，设定场地粗糙度指数初值为α_B；

基于场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面；

根据所述风剖面，通过数值拟合，得到实测位置处的粗糙度指数α_C；

根据所述实测粗糙度指数α_A和所述粗糙度指数α_C的差异，调整所述α_B的值进行迭代计算，直至所述α_A和所述α_C之间的差异值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑位置处的风场特性。

进一步的，所述根据所述实测粗糙度指数α_A和所述粗糙度指数α_C的差异，调整所述α_B的值进行迭代计算，直至所述α_A和所述α_C之间的差异值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑位置处的风场特性，具体包括：

若|α_A-α_C|＞β，则：

α_B＝α_B+γ(α_A-α_C)；

基于调整后的场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面；

根据所述风剖面，通过数值拟合，得到实测位置处的粗糙度指数α_C；

返回若|α_A-α_C|＞β，并继续执行后续操作；

其中，β为精度控制指标，γ为迭代步长系数；

否则：

输出场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面。

进一步的，所述风剖面包括平均风速和湍流度剖面；

所述基于场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面，具体包括：

基于指数律模型，采用如下公式定义计算流体动力学数值风洞模型中的入口边界条件：

其中：

u——水平平均风速，单位m/s；

k——湍动能，单位m²/s²；

ω——湍流频率，单位1/s；

ε——湍动能耗散率，单位m³/s²；

z——离地高度，单位m；

z_r——参考高度，单位m；

u_r——参考高度处的水平平均风速，单位m/s；

l_s——无量纲模型缩尺比，l_s＝l_f/l_m；

α_i——地面粗糙度指数；

C_μ——湍流模型参数，取0.04；

D₁、D₂——常数；

设定场地粗糙度指数为α_B，根据所述计算流体动力学数值风洞模型进行数值模拟仿真，得到实测位置处的平均风速和湍流度剖面。

进一步的，所述计算流体动力学数值风洞模型，具体包括：

所述计算流体动力学数值风洞模型包括但不限于以下关键部分：目标建筑、实测位置至目标建筑范围的周边建筑、合理的计算域及网格划分、合适的湍流模型和模拟平衡态大气边界层的数值风洞入口边界条件数学模型。

进一步的，所述周边建筑包括周边挡风障碍物，其中，所述周边挡风障碍物包括周边高层建筑。

进一步的，所述合理的计算域，具体为建筑模型沿风向的最大阻塞比小于或等于5％，并且沿风向上游离建筑物至少5倍建筑特征高度，下游离建筑物10倍建筑特征高度。

进一步的，所述合适的湍流模型，具体满足以下条件：计算精度高，能够较为精确的模拟钝体建筑模型绕流场；计算量小，计算效率高。

进一步的，所述模拟平衡态大气边界层的数值风洞入口边界条件数学模型，应满足在不包含任何建筑的空流域中湍流风的速度剖面、湍流特性剖面的顺风向梯度为零，即在空流域中不发生改变。

进一步的，所述根据激光雷达实测风场，获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A，具体包括：

基于多普勒激光测风雷达现场实测，获取目标建成建筑上游空旷地点的平均风速和湍流度剖面；

根据规范指数律模型拟合所述平均风速和湍流度剖面，得到建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演***，所述***包括：

风场实测模块，用于根据激光雷达实测风场，获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A；

场地粗糙度指数设定模块，用于根据规范分析场地特征，设定场地粗糙度指数初值为α_B；

数值模拟仿真模块，用于基于场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面；根据所述风剖面，通过数值拟合，得到实测位置处的粗糙度指数α_C；

获得风场特性模块，用于根据所述实测粗糙度指数α_A和所述粗糙度指数α_C的差异，调整所述α_B的值进行迭代计算，直至所述α_A和所述α_C的差异值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑位置处的风场特性。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明基于多普勒激光测风雷达现场实测的风场特性结果，并在此基础上结合计算流体动力学(CFD)数值模拟仿真方法进行迭代逼近，能够准确获得建成高层建筑处大气边界层真实风场特性，理论上减小了由于建成建筑本身对边界层风场特性的影响而造成的误差，比通过激光测风雷达直接获取的建筑附近的风场特性或直接采用规范理论风场模型来近似表征所研究的建筑位置处的边界层风场特性更准确，能够为高层建筑精细化的抗风评估提供科学依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法的流程图。

图2为本发明实施例1的基于多普勒激光测风雷达现场实测示意图。

图3为本发明实施例1的计算流体动力学数值风洞模型的示意图。

图4为本发明实施例1的利用计算流体动力学数值风洞模型计算的示意图。

图5为本发明实施例2的激光雷达现场实测风速剖面的示意图。

图6为本发明实施例2的计算流体动力学数值风洞模型的示意图。

图7为本发明实施例2的计算流体动力学数值风洞模型(局部)的示意图。

图8为本发明实施例2的三次数值计算结果的示意图。

图9为本发明实施例3的建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演***的框架图。

其中，图2～图4中：

1-目标建筑、2-周边建筑、3-激光雷达、4-风向、5-实测风剖面、6-入口、7-出口、8-实测位置、9-入流、10-入流风剖面、11-数值模拟得到的实测位置处的风剖面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应当理解，描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法，包括以下步骤：

(1)根据激光雷达实测风场，获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A。

如图2所示，基于多普勒激光测风雷达现场实测，获取目标建筑上游空旷地点(该地点需满足激光测风雷达以与地面成一定俯仰角发射的激光波束不会被建筑遮挡为宜)的平均风速和湍流度剖面，并根据规范指数律模型拟合平均风速和湍流度剖面得到其对应的粗糙度指数α_A。

(2)建立计算流体动力学数值风洞模型。

如图3所示，建立实测位置至目标建筑范围的绕流场CFD数值风洞模型。数值风洞模型应包括但不限于以下几个关键部分：(2-1)目标建筑；(2-2)实测位置至目标建筑范围的周边建筑及其他挡风障碍物，尤其是周边的高层建筑；(2-3)合理的计算域及网格划分，计算域的大小应保证建筑模型沿风向的最大阻塞比不应大于5％，并且沿风向上游离建筑物至少5倍建筑特征高度，下游10倍建筑特征高度；(2-4)合适的湍流模型，湍流模型满足两个条件：计算精度高，能够较为精确的模拟钝体建筑模型绕流场；计算量小，计算效率高；(2-5)模拟平衡态大气边界层的数值风洞入口边界条件数学模型，以满足在不包含任何建筑的空流域中湍流风的速度剖面、湍流特性剖面的顺风向梯度为零，即在空流域中不发生改变。

所述建筑特征高度指模拟区域内建筑最大高度；当较高建筑物较多时，可取较高建筑物的平均高度。

(3)根据规范分析场地特征，设定场地粗糙度指数初值为α_B；基于α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到计算域中代表实测位置处的风剖面，继而通过数值拟合所述风剖面得到粗糙度指数α_C。

根据《建筑结构荷载规范》，分析目标建筑周围的场地特征，设定场地粗糙度指数的初值α_B，取四类标准地貌的指数0.12、0.15、0.22、0.30。基于指数律模型，采用一类新的模拟平衡态边界层的边界条件数学模拟模型(如公式(3))定义入口边界条件，其中，公式(3)为一组较为先进的入流边界条件，其基于雷诺平均的SST k-ω模型，并根据指数律风剖面模型推倒而出，能够满足平衡态大气边界层风场的准确模拟，较好的再现钝体建筑结构速度场。如图4所示，通过数值模拟仿真得到计算域中代表实测位置处的风剖面，风剖面包括平均风速和湍流度剖面。再根据平均风速和湍流度剖面，通过数值拟合得到其粗糙度指数α_C。

其中：

u——水平平均风速，单位m/s；

k——湍动能，单位m²/s²；

ω——湍流频率，单位1/s；

ε——湍动能耗散率，单位m³/s²；

z——离地高度，单位m；

z_r——参考高度，单位m；

u_r——参考高度处的水平平均风速，单位m/s；

l_s——无量纲模型缩尺比，l_s＝l_f/l_m；

α_i——地面粗糙度指数；本实施例中α_i为场地粗糙度指数α_B；

C_μ——湍流模型参数，取0.04；

D₁、D₂——常数，参考有关文献取值。

(4)根据实测粗糙度指数α_A和粗糙度指数α_C的差异，调整α_B的值进行迭代计算，直至α_A和所述α_C的值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑处的风场特性。

比较α_A和α_C的差异：如果|α_A-α_C|≤β不成立，则认为二者之间存在差异，根据公式α_B＝α_B+γ(α_A-α_C)调整入口处给定的粗糙度指数α_B取值(即调整入口处平均风速和湍流度剖面)，进行数值风洞模拟反复迭代，使得当取某一α_B时，条件|α_A-α_C|≤β成立，则认为此时激光雷达实测风剖面与数值仿真模拟得到的代表实测位置处的风剖面相吻合，终止迭代；反之，如果|α_A-α_C|≤β直接成立，则认为二者之间的误差在合理范围内，不存在差异，直接终止迭代过程。其中，β为精度控制指标，可取0.05，但不限于此；γ为迭代步长系数，可取0.5，但不限于此。

输出最终的场地粗糙度指数α_B及其对应的平均风速和湍流度剖面，即为反演得到的所研究目标建筑处的真实边界层风场特性。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于计算机可读存储介质中。

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了上述实施例的方法操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

实施例2：

本实施例以平均风速剖面为例，对本发明作进一步详细的说明。

步骤1：假设目标建筑为一栋高约300m的超高层建筑，地处城市中心。通过多普勒激光测风雷达现场实测，获取了距目标高层建筑风向上游200m空旷位置处的边界层风场数据，再通过筛选其中的大风数据并进行指数律拟合，得到粗糙度指数α_A＝0.59(超过规范中定义的D类地貌粗糙度指数0.30)，如图5所示。

步骤2：建立实测位置至目标建筑范围的绕流场CFD数值风洞模型，模型缩尺比取1：200，计算域对应实际尺寸为4500m×1500m×1800m，阻塞率1.45％，如图6和图7所示。

步骤3：根据规范，分析目标建筑所处的场地特征，设定场地粗糙度指数的初值α_B＝0.30。基于一类新的模拟平衡态大气边界层的边界条件数学模型，参见实施例1中公式(3)，定义数值风洞入口边界条件。通过数值模拟仿真，得到计算域中实测位置处的平均风速剖面，进而通过数值拟合得到其对应的粗糙度指数α_C＝0.37。

步骤4：取β＝0.05，γ＝0.5。将α_A与α_C作比较，得到|α_A-α_C|＝|0.59-0.37|＝0.22＞0.05，因此条件|α_A-α_C|≤β不成立，根据公式取α_B＝α_B+γ(α_A-α_C)＝0.30+0.5(0.59-0.37)＝0.41，调整入口处给定的粗糙度指数取值，进行第二次数值计算，依次类推。当完成第三次数值计算后，得到α_C＝0.54，此时|α_A-α_C|＝|0.59-0.54|＝0.05≤0.05满足条件|α_A-α_C|≤β，终止迭代。三次数值计算得到的粗糙度指数α_C及对应的风速剖面如图8所示。

步骤5：取第三次数值计算设置的入流风速剖面(即α_B＝0.47时对应的风速剖面)，即为反演得到的所研究目标建成建筑处的真实边界层风场特性。

本实施例中，基于规范理论风场模型确定的粗糙度指数为0.30，相比通过激光测风雷达现场实测获取的目标建筑上游200m处的粗糙度指数0.59偏小，而通过背景技术的介绍(即随着城市的发展和地貌的变迁，使得高层建筑密集的城市地貌环境下地面真实粗糙度偏离规范理论风场模型)可以发现，此处用规范理论风场模型确定的粗糙度指数偏于保守。且由于目标建成建筑及周边高层建筑占据空间，激光雷达实测获得的目标建筑上游200m处的风场特性不能直接反映目标建筑处的边界层风场特性，因此通过CFD数值仿真计算，将粗糙度指数从0.59修正为0.47，减小了建成建筑本身对风场特性测量的影响(建成建筑起挡风作用，会放大真实的粗糙度值)，最终得到的粗糙度指数0.47及对应的风剖面可以代表目标建筑处的真实边界层风场特性。

实施例3：

如图9所示，本实施例提供了一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演***，该***包括风场实测模块901、场地粗糙度指数设定模块902、数值模拟仿真模块903和获得风场特性模块904，其中：

风场实测模块901，用于根据激光雷达实测风场，获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A；

场地粗糙度指数设定模块902，用于根据规范分析场地特征，设定场地粗糙度指数初值为α_B；

数值模拟仿真模块903，用于基于场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面；根据所述风剖面，通过数值仿真计算，得到实测位置处的粗糙度指数α_C；

获得风场特性模块904，用于根据所述实测粗糙度指数α_A和所述粗糙度指数α_C的差异，调整所述α_B的值进行迭代计算，直至所述α_A和所述α_C之间的差异值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑位置处的风场特性。

本实施例中各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，在此不再一一赘述；需要说明的是，本实施例提供的***仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

综上所述，本发明创新性地提供了一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法，该方法基于多普勒激光测风雷达现场实测的风场特性结果，并在此基础上结合计算流体动力学(CFD)数值模拟仿真方法进行迭代逼近，来反演以往研究中很难获得的建成建筑环境下大气边界层真实风场特性，能够准确获得建成高层建筑处实际的自然风场特性，理论上减小了由于建成建筑本身对边界层风场特性的影响而造成的误差，比通过激光测风雷达直接获取的建筑附近的风场特性或直接采用规范理论风场模型来近似表征所研究的建筑位置处的边界层风场特性更准确，能够为高层建筑的精细化抗风评估提供科学依据。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法，其特征在于，所述方法包括：

根据激光雷达实测风场，获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A；

根据规范分析场地特征，设定场地粗糙度指数初值为α_B；

基于场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面；

根据所述风剖面，通过数值拟合，得到实测位置处的粗糙度指数α_C；

根据所述实测粗糙度指数α_A和所述粗糙度指数α_C的差异，调整所述α_B的值进行迭代计算，直至所述α_A和所述α_C之间的差异值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑位置处的风场特性。

2.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，所述根据所述实测粗糙度指数α_A和所述粗糙度指数α_C的差异，调整所述α_B的值进行迭代计算，直至所述α_A和所述α_C的值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑位置处的风场特性，具体包括：

若|α_A-α_C|＞β，则：

α_B＝α_B+γ(α_A-α_C)；

基于调整后的场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面；

根据所述风剖面，通过数值拟合，得到实测位置处的粗糙度指数α_C；

返回若|α_A-α_C|＞β，并继续执行后续操作；

其中，β为精度控制指标，γ为迭代步长系数；

否则：

输出场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面。

3.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，所述风剖面包括平均风速和湍流度剖面；

所述基于场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面，具体包括：

基于指数律模型，采用如下公式定义计算流体动力学数值风洞模型中的入口边界条件：

其中：

u——水平平均风速，单位m/s；

k——湍动能，单位m²/s²；

ω——湍流频率，单位1/s；

ε——湍动能耗散率，单位m³/s²；

z——离地高度，单位m；

z_r——参考高度，单位m；

u_r——参考高度处的水平平均风速，单位m/s；

l_s——无量纲模型缩尺比，l_s＝l_f/l_m；

α_i——地面粗糙度指数；

C_μ——湍流模型参数，取0.04；

D₁、D₂——常数；

设定场地粗糙度指数为α_B，根据所述计算流体动力学数值风洞模型进行数值模拟仿真，得到实测位置处的平均风速和湍流度剖面。

4.根据权利要求1-3任一项所述所述的反演方法，其特征在于，所述计算流体动力学数值风洞模型，具体包括：

所述计算流体动力学数值风洞模型包括但不限于以下关键部分：目标建筑、实测位置至目标建筑范围的周边建筑、合理的计算域及网格划分、合适的湍流模型和模拟平衡态大气边界层的数值风洞入口边界条件数学模型。

5.根据权利要求4所述所述的反演方法，其特征在于，所述周边建筑包括周边挡风障碍物，其中，所述周边挡风障碍物包括周边高层建筑。

6.根据权利要求4所述所述的反演方法，其特征在于，所述合理的计算域，具体为建筑模型沿风向的最大阻塞比小于或等于5％，并且沿风向上游离建筑物至少5倍建筑特征高度，下游离建筑物10倍建筑特征高度。

7.根据权利要求4所述所述的反演方法，其特征在于，所述合适的湍流模型，具体满足以下条件：计算精度高，能够较为精确的模拟钝体建筑模型绕流场；计算量小，计算效率高。

8.根据权利要求4所述所述的反演方法，其特征在于，所述模拟平衡态大气边界层的数值风洞入口边界条件数学模型，应满足在不包含任何建筑的空流域中湍流风的速度剖面、湍流特性剖面的顺风向梯度为零，即在空流域中不发生改变。

9.根据权利要求1所述所述的反演方法，其特征在于，所述根据激光雷达实测风场，获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A，具体包括：

基于多普勒激光测风雷达现场实测，获取目标建成建筑上游空旷地点的平均风速和湍流度剖面；

根据规范指数律模型拟合所述平均风速和湍流度剖面，得到建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A。

10.一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演***，其特征在于，所述***包括：

风场实测模块，用于根据激光雷达实测风场，获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指数α_A；

场地粗糙度指数设定模块，用于根据规范分析场地特征，设定场地粗糙度指数初值为α_B；

数值模拟仿真模块，用于基于场地粗糙度指数α_B确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值模拟仿真，得到实测位置处的风剖面；根据所述风剖面，通过数值拟合，得到实测位置处的粗糙度指数α_C；

获得风场特性模块，用于根据所述实测粗糙度指数α_A和所述粗糙度指数α_C的差异，调整所述α_B的值进行迭代计算，直至所述α_A和所述α_C之间的差异值小于精度控制指标，最终得到的场地粗糙度指数α_B及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑位置处的风场特性。

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