森林林冠结构对野火过程中浮力喷流动力学的影响
流体动力学
2025-10-17 v1 大气与海洋物理
摘要
本研究利用大涡旋模拟（LES）技术，探讨森林林冠异质性对代表野火表面热异常所产生浮力喷流动力学的影响。采用平行化大涡旋模拟模型（PALM）模拟六种林冠配置：无林冠、均匀林冠、外部喷流边缘林冠、内部喷流边缘林冠、100米间隙林冠、以及200米间隙林冠。每种配置均在有无静态表面热通量5000 W·m⁻²的情形下进行分析，形成静止浮力喷流。模拟在三个横风速（0、5和10 m·s⁻¹）下进行。结果表明，林冠结构显著改变喷流行为、平均流场及湍动能（TKE）预算。喷流上升速度和倾斜角随林冠配置和横风速的变化而变化。喷流上升方向的压力梯度根据林冠配置而发生改变，导致喷流区域的横风速减小。对于横风情形，观察到林冠上方的显著动量吸收，间隙林冠配置的动量吸收最为显著。由于热源导致林冠下方的动量注入也被观察到，进而根据林冠配置对喷流结构进行调制。发现间隙林冠配置的TKE最大。TKE预算分析显示，浮力产生的能量占据主导地位，优于剪切产生的能量。在热斑中心，间隙林冠配置显示出间隙内的增强浮力。空间分布结果表明，喷流与横风之间的界面处的剪切产生增加。
引用
@article{arxiv.2510.14423,
title = {Impact of Forest Canopy Structure on Buoyant Plume Dynamics During Wildland Fires},
author = {Antonio Quim Cervantes and Ajinkya Desai and Tirtha Banerjee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.14423},
year = {2025}
}