精细模拟城市水分与相变…开发“BECLOUD”模型
刊登于国际期刊《Sustainable Cities and Society》
城市气候的隐藏变量是水。
国立釜庆大学环境大气科学专业研究团队在 Kim Jaejin 教授和硕士研究生 Lee Hyeonji 的带领下，开发出一种新的城市气候模型“BECLOUD”（Building-rEsolving Computational fLuid dynamics model incorporating Output of Urban moisture and Dynamics，逐栋分辨并耦合城市水分与动力过程的计算流体力学模型），该模型将具有建筑单体分辨率的计算流体力学（CFD）模型与暖云微物理（warm-cloud microphysics）相结合。
这一研究成果已刊登在爱思唯尔（Elsevier）出版的国际学术期刊3月号上。
城市气候研究迄今为止主要围绕热岛（UHI）、湍流结构、污染物扩散等，以热量和动量分析为中心不断发展。然而在真实的城市大气中，水汽的凝结与蒸发、潜热释放等微物理相变过程会对热量与水分收支产生巨大影响。
尤其在夏季高温高湿环境或降水前后条件下，这些相变过程会显著改变局地热环境和湿度结构。
现有的中尺度数值天气预报模型虽然包含云微物理过程，但难以充分再现建筑尺度上复杂的流场结构。相反，具有建筑分辨率的CFD模型虽然能够进行精细的流动分析，却多半将水分凝结与相变过程高度简化处理。
研究团队为克服这一局限，开发出一套综合模型，将由建筑形态诱发的微细湍流结构与水分变量的相变等暖云微物理过程耦合在一起。借此可以在建筑尺度上定量模拟城市空间中的水分输送、潜热交换、局地湿度增强及冷却效应。
研究团队确认，在建筑密集区域产生的湍流混合与水分蒸发过程相互作用，会引导局地热环境发生变化，而这种耦合效应会强化城市气候系统的非线性特征。其核心观点是，应将城市大气视作能量与水分循环紧密耦合的复杂系统，而非简单的热传递体系。
Kim Jaejin 教授表示：“本次研究可拓展应用于城市热环境评估、降水前后湿度变化分析、城市蒸散估算以及极端天气情景下的凝结行为分析等多个领域。今后，高分辨率城市气候模拟技术将能够为智慧城市设计和气候适应型基础设施建设提供所需的水文学与气候学科学依据，这是本研究最大的成果。”
同时，这一方法在城市空中交通（UAM）运行环境分析方面也具有巨大应用潜力。低空飞行器不仅会受到平均风速的影响，还会受到高层建筑周边湍流增强、局地水分凝结、能见度恶化、云形成可能性等微尺度大气现象的影响。在建筑分辨率上同时考虑水分与相变过程的这一模型，有望在未来用于垂直起降港（UAM起降场）选址评估、低空气象风险诊断以及运行安全标准制定等方面，成为关键的科学基础技术。
Kim Jaejin 教授研究团队在“气象厅韩国型城市空中交通（K-UAM）安全运行体系核心技术开发（RS-2024-00404042）”项目的支持下完成了本项研究。
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