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.格子玻尔兹曼方法及其在大气湍流研究中的应用
22 3 Vol.22 No.3
第 卷第 期 地球科学进展
2007 3 Mar. 2007
年 月 ADVANCES IN EARTH SCIENCE ，
1001-8166 2007 03- -12
文章编号： （ ）
*
格子玻尔兹曼方法及其在大气湍流研究中的应用
程雪玲，胡 非，赵松年，姜金华
（中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室，北京 100029）
Lattice Boltzm ann
摘 要：文章的目的是对格子玻尔兹曼方法进行系统的介绍，格子玻尔兹曼方法（
Method 20 60 Cellular Autom ata
）的出现直接来源于 世纪 年代的元胞自动机（ ）思想，而这一方法用
19 Boltzm ann
于解决流动现象时，又可以追溯到 世纪的分子运动论，求解的是 提出的玻尔兹曼输运
Lattice Gas Autom a-
方程，因此将这一方法称为格子玻尔兹曼方法，之前也被称为格子气自动机 （
ton）。该方法多用于研究复杂现象，如材料晶体凝聚时的生长过程、城市土地利用的演化等方面。
20 70 Hardy Pom eau Pazzis
在 世纪 年代由 、 和 建立了第一个用于研究流体运动的格子气自动机，此
后，这一方法被广泛用来模拟各种流动问题，诸如二相流、孔隙介质中的渗流等，并根据这一方法开
发了相应的商业软件 Pow erFlow 。同时，格子玻尔兹曼方法由于其在微观水平描述运动的特点，成
DNS
为研究湍流的一个很好的数值计算工具，特别是用其进行直接数值模拟（ ）计算，成为继传统的
差分法、有限体积法和谱方法之后的又一有力的手段。而作为大气运动的一个主要现象的大气湍
流，比普通湍流更加复杂，在这里着重介绍了大气湍流的特点和应用格子玻尔兹曼方法模拟湍流的
发展过程。
关 键 词：格子玻尔兹曼；元胞自动机；格子气；直接数值模拟；大气湍流
P425 .2 A
中图分类号： 文献标识码：
生物的自复制过程。尽管这一结果连极原始的生命
1 引 言
形式也算不上，但却具有非常重大的意义。因为通
元胞自动机是空间和时间都离散、物理参量只 常认为，机器只能构造比自身简单的结构，而采用自
取有限数值集的物理系统的理想化模型。元胞自动
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