真实稳定边界层湍流的耦合中尺度 - 大涡模拟
大气与海洋物理
2013-07-10 v1 流体动力学
摘要
特定站点的流动与湍流信息对于多种实际应用至关重要，范围涵盖风力涡轮机设计的气动/气动弹性建模到光学衍射计算。尽管极具价值，但收集现场气象测量数据往往成本高昂、耗时且有时极具挑战性。在本工作中，我们提出了一种耦合中尺度 - 大涡模拟框架，以合成生成特定站点的流动与湍流数据。我们框架的核心工具是一款最先进的开源大气模型，即天气研究与预报 (WRF) 模型，以及一款无需调参的大涡模拟 (LES) 模型。利用该耦合框架，我们模拟了著名的 CASES-99 野外试验中的夜间稳定边界层 (SBL) 案例。本工作的独特之处之一在于使用了多样化的观测数据进行表征与验证。耦合模型重现了观测到的低空急流的某些特征。它们还捕捉到了能谱的各种标度机制，包括所谓的“谱隙”。然而，耦合模型未能捕捉到观测地表通量的间歇性特征。最后，我们记录并讨论了：(i) 观测与模拟 SBL 流场巨大的时空变异性，以及 (ii) 不同观测平台之间的显著分歧。基于这些结果，我们强烈建议未来的 SBL 建模研究应基于多传感器/多平台数据集进行严格的验证练习。总之，我们认为数值生成真实的 SBL 并非不可能的任务。毫无疑问，仍存在若干计算与基础挑战。本工作应被视为应对其中部分挑战的第一步。
引用
@article{arxiv.1307.2484,
title = {Coupled Mesoscale-Large-Eddy Modeling of Realistic Stable Boundary Layer Turbulence},
author = {Yao Wang and Sukanta Basu and Lance Manuel},
journal= {arXiv preprint arXiv:1307.2484},
year = {2013}
}