近地层壁面上的流动是风沙物理学和结构风工程领域中最重要的研究课题之一。近壁面流场结构的描述可以正确认识和预测流体的行为,所以对近壁面流场结构的研究是非常关键的。因此本文的研究工作如下:1.简要回顾了国内外学者关于流体流经近地面时的湍流特性和近壁面流场结构两个方面的研究现状,从理论研究、数值模拟研究和风洞试验研究三个方面进行了归纳和分析;2.针对自然界中存在的建筑物、植被层、草方格和石方格等粗糙壁面,提出了简化的离散粗糙单元模型进行了数值分析。计算得到,压差阻力系数在相邻粗糙单元的间距与高度比为7时达到最大值;通过摩擦阻力系数的计算分析,得到了流场再附点的位置,且该值与已有的结果相吻合。基于流动阻力计算得到空气动力学粗糙度和零平面位移高度,发现空气动力学粗糙度在间距与高度比为6时达到最大;3.针对沙波纹,沙丘等风成地形地貌简化为余弦函数形的连续粗糙单元,并对其构成的粗糙壁面进行数值分析。结果表明:压差阻力系数随着波长与振幅比的增大而减小。通过对曲面壁面上的摩擦阻力系数的计算分析,得到位于波峰后面尾涡脱落的分离点和再附点的位置。连续粗糙单元构成的粗糙壁面上的零平面位移高度和空气动力学粗糙度可通过流动阻力计算得到。在不同的雷诺数作用下,压差阻力系数、摩擦阻力系数和零平面位移高度随风速的增大而减小;通过对两类不同的粗糙单元构成的粗糙壁面的计算分析,发现该数值模拟方法可以描述流体流经近壁面的流场特性和流场结构,并为工程实践提供一定的基础。