近日，中國科學技術大學工程科學學院劉羅勤特任研究員在大氣邊界層的理論研究方面取得突破性進展，在國際上首次獲得了適用于整個常規中性大氣邊界層的速度、風向、湍流剪切力預測的解析表達式，其結果與高精度數值模擬和大氣觀測數據符合一致。該研究成果以“Vertical structure of conventionally neutral atmospheric boundary layers”為題于5月24日在線發表在《美國國家科學院院刊》（119, e2119369119, 2022, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2119369119）上，相關的前期工作還發表在《物理評論快報》（126, 104502, 2021, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.104502）上，劉羅勤特任研究員均為上述論文的第一作者和通訊作者。

大氣邊界層是指大氣層底部直接受地表影響的旋轉湍流邊界層，是自由大氣與地表進行質量、動量和能量交換的發生地，也是風機和風電場實現風能到電能轉化的所在地。由于剪切力、浮力和科氏力的相互作用，大氣邊界層的湍流結構極其復雜，其理論預測往往局限于表面層的平均風速分布。近年來，隨著風能利用受到世界各國的高度重視，風機尺寸不斷增大，未來風機葉片將主要運行在表面層以上區域，因此對表面層以上湍流風特性的研究已經成為風能科學研究的前沿熱點和難點問題。

針對上述挑戰，劉羅勤特任研究員系統研究了常規中性大氣穩定度條件下大氣邊界層的結構，首次給出了在整個大氣邊界層中均成立的速度、風向、湍流剪切力的解析表達式，并借助于大渦模擬結果和大氣觀測數據驗證了該理論模型的正確性。由于常規中性大氣邊界層常出現在海上、大型湖泊上方，以及日落后的過渡期或大風多云時的陸地上空，以上最新理論進展對于風能應用、天氣預報、氣候模擬等領域都具有重要的研究意義和應用價值，同時也將有助于進一步研究不同大氣穩定度條件下的大氣邊界層結構。

常規中性大氣邊界層理論模型的實驗和數值驗證

荷蘭特文特大學流體物理組Richard J. A. M. Stevens副教授為論文合作者。該研究得到了國家自然科學基金委創新研究群體等項目資助。