用于波浪上方风场大涡模拟的移动表面阻力模型

风与海浪相互作用的数值预测对于气候模拟和广泛的近海作业至关重要。海洋大气边界层的大涡模拟（LES）是一种实用的数值预测工具，但需要对气-水界面的表面通量进行参数化。当前的动量通量参数化主要使用适应波浪相位的计算网格，这会产生高昂的计算成本，或者使用基于粗糙表面莫宁-奥布霍夫相似理论的平衡模型，该模型无法解析波浪相位信息。为了以与平衡模型相近的成本包含波浪相位解析物理，我们引入了移动表面阻力（MOSD）模型。该模型假设理想气流流过移动水波表面的局部逐段平面表示。水平方向上未解析的相互作用仍使用平衡模型进行模拟。针对已知单色波的实验和数值数据集的验证，证明了该模型在表征波浪对平均速度和雷诺应力剖面的影响方面的鲁棒性和准确性。该模型被构建为适用于广泛的波场，并展示了其表示交叉涌浪和多波长情况的能力。此外，该模型被应用于一个实验室尺度的固定底部海上风力发电机模型的大涡模拟，并将结果与风洞实验数据进行了比较。使用MOSD模型的大涡模拟在风-浪-尾流相互作用和相位依赖物理方面显示出良好的一致性，且计算成本低。该模型的简单性和最小的计算需求使其对于研究海面上湍流大气尺度流动，特别是在海上风能研究中，具有重要价值。