城市粗糙性大气边界层：大尺度涡流模拟的验证

本研究 presented wall-modeled 大尺度涡流模拟 (LES)，对两种城市类粗糙性几何结构（三维方形棱柱阵列和'Michel-Stadt'几何模型）上的中性大气边界层流动特征进行表征。前者是理想化建筑块的排列，后者模仿典型中欧洲城市几何结构。在两种情况下，入射风向均为 $0^\circ$。分别对应的雷诺数为 $Re_H = 5.0 \times 10^6$ 和 $8.0 \times 10^6$（$Re_H = U_{ref} H/\nu$，其中 $U_{ref}$ 和 $H$ 分别为参考速度和建筑高度，$\nu$ 为动力粘性系数）。该 LES 采用高阶低耗散数值格式，城市林间空间分辨率为 0.75m。在线前护仿真确保了现实的湍流入口条件。成功地捕获了平均速度剖面、涡流区和屋顶加速度，在流向速度分量上表现出优异一致性。虽然湍流动能在大多数位置得到良好预测，但靠近地面处观察到细微差异。散点图分析和验证指标（FAC2 和命中率）表明，LES 预测优于城市流动仿真中常用的标准准则，而谱分析则验证了 LES 在约两个频率档次上准确解析湍流能量级联。以下及以上城市林间的预乘谱中的 Kolmogorov -2/3 斜率已被良好复现。这一发现强化了在 LES 验证中采用谱分析的重要性，并凸显了高阶方法在城市流动 LES 中的潜在价值。