在强风条件下，平均风速主要受两个因素影响： 离地高度和表面粗糙度。 后者用空气动力学粗糙度参数 z₀ 表示，表示地形的表面纹理。 假设有一个足够大的区域，该区域具有均匀的粗糙度和平坦的地形，则会形成平衡边界层。 当气流可以不受干扰地行进足够长的距离时，就建立了边界层，从而使作用力之间达到平衡。 平均风速的竖向分布可以按照幂定律进行描述，
在普朗特层中，速度分布也可以用对数方法来描述。 在气象学中，不再使用幂法。 下列术语的含义：
确定位移高度d0可以按照Counihan，Cook和Karimpour介绍的方法有很多种。 在中性大气层结中，湍流叠加在平均风速上。 湍流的特征在于湍流强度、湍流谱和积分长度标度。 对于受风向影响的地形类型，应该模拟对每个流入流方向最具代表性的地形类型。 除了表 1 中的数值外，DIN EN 1991-1-4 还给出了地形粗糙度、粗糙度长度和剖面指数的参考值。
表 1： 根据[2]的不同方法的常数A到E和无量纲频率的定义按照[18]到[23]和[26]
| 类别 | 地形描述 | [SCHOOL.ZIP]0 [m] | α[-] | d0 [m] |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 远海或湖泊，滩涂，白雪覆盖的平原，没有特殊设施的沙漠，开阔地基为混凝土结构，引伸距离为几公里 | 0,0002 to 0,005 | 0.08 到 0.09 | 0 |
| 2 | 没有特殊功能，没有明显的障碍物以及可以忽略的植被的土地；例如海滩、覆冰区域（没有大尺度海拔高度）、沼泽、雪域或休憩用地 | 0,005 to 0,01 | 0.09 到 0.13 | 0 |
| 3 | 有低等植被（例如草地）的平地，并且在距离至少是障碍物高度的50倍的位置有单个障碍物；例如没有防风林的草地、荒地、荒地、冻土带、机场跑道 | 0.03 到 0.1 | 0.1 到 0.16 | 0 |
| 4 | 农用地为均匀低等植被或中等面积开阔地，偶然有障碍物（例如低的树桩、单棵树木、农舍），障碍物水平相对距离至少为障碍物高度的20倍 | 0.1 到 0.25 | 0.14 到 0.22 | 0 |
| 5 | 新近形成的“年轻”景观，包括高大的植被或高度不等的植物，以及相对距离为障碍物高度 15 倍左右的分散的障碍物（例如密集的防风林、葡萄园） | 0.25 到 0.5 | 0.16 到 0.27 | 2/3 h |
| 6 |
|
0.5 到 1 | 0.18 到 0.33 | 2/3 h |
| 7 | 完全且相当均匀的地面覆盖，有相似大小的大型障碍物，以及几乎与障碍物同高的开阔区域；例如mature uniform forests、homogeneous cities or town | 0.23 到 0.43 | 0.23 到 0.43 | 2/3 h |
| 8 | 高层和低建筑混合的大城市的中心;同样不规则的大片森林，有很多空地 | ≥2 | 0.27 到 0.62 | 0 |
剖面指数 α 由 z₀ 计算得出，按照 Wieringa [8] 中的近似公式：
其中 z1 和 z2 的高度范围是 10-80 米。
风速的波动分量可以通过标准差 σi (z) 得到。 湍流强度 Ii (z) 可以定义为湍流中的波动分量与平均速度的比值：
根据各个速度波动的标准差和摩擦速度的比例，对数风廓线的湍流强度由下式给出：
Ai描述了湍流的强各向异性，其推导如下：
湍流强度的垂直分布类似于平均速度剖面，
Deaves 和 Harris [30]、[31] 的边界层模型适用于整个大气边界层区域，并且包含了速度剖面和纵向湍流强度的公式，如第 8.2 章所示。
湍流纵向分量的频率分布用无量纲谱密度函数或湍流谱表示，形式如下：
| [F12] | 速度波动频率 |
| U U | 谱密度函数 |
| [SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] | 无量纲频率 |
| A、B、C、D、E | 可以根据特定的模型参数选择常数 |
表 2： 将[18]到[26]中的无量纲频率的定义改为按照[2]
| 参考 | A | B | C | D | E | [SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Kaimal 等(1972) | 16,8 | 33,0 | 1 | 5/3 | 1 | fz/u(z) |
| Simiu und Scanlan (1996) | 32,0 | 33,0 | 1 | 5.3 | 1 | fz/u(z) |
| Olesen 等(1984) | 40,42 | 60,62 | 1 | 5.3 | 1 | fz/u(z) |
| 蒂勒曼 (1995) | 20,53 | 475,1 | 5/3 | 1 | 1 | fz/u(z) |
| Fichtl und McVehill (1970) | 54,375 | 36,532 | 0,845 | 5/(3*C) | 1 | fz/u(z) |
| von Kármán (1948) | 4 | 70,78 | 2 | 5/(3*C) | 1 | fLux (z)/е(z) |
| CEN (2005) | 6,8 | 10.2 | 1 | 5/3 | 1 | fLux (z)/е(z) |
在欧洲的欧洲规范 EN 1991-1-4 中已经描述了湍流谱与高度相关的各种方法，其中无量纲湍流的频数可以是高度 z 也可以是 u 分量在流向 (Lux )。 表2概述了这些方法，其有效性主要限于普朗特层。
u 轴分量在流动方向 XLux上的积分长度尺度，是湍流空间相关性的指标，可以解释为平均湍流尺寸。 它们根据地形类型和离地高度的不同而变化，其中 Lux随着粗糙度 z₀ 的增加而减小；然而，在高度达到 200 米后，结构的力学性能完全反转。 EN 1991-1-4 中描述了整体长度刻度随着高度的增加而增加，最大高度限制为 200 米。 Lux的计算方法一般有以下三种：
- 速度波动相关系数定义：
- 在普朗特层中：
- 从谱密度函数：
除了 Lux外，还有八个其他的侧向和竖向分量长度积分尺度，根据 Counihan [1] ，对于侧向和竖向分量，可以作为 Lux的一小部分近似给定，如下：
在这些考虑中，“冻结湍流”的Taylor假设起着重要的作用，因为它假设在两个空间点之间的湍流中心移动期间，速度波动保持不变。