野火上方浮力喷流的尺度分析
大气与海洋物理
2025-10-16 v1
摘要
跟踪浮力喷流在横风中的结构与几何特性对于管理烟雾灾害并改进灾难防御至关重要。喷流特征(如倾斜角、中心线轨迹、喷流高度及随高度的曲率变化)受多种作用参数的影响,其中由植被林地引入的湍流模式扰动增加了额外的复杂性。本研究考察了这些参数——化简为更少无量纲组别后——对喷流中心线斜率的影响,分别在靠近地面和远场(弯曲相位)进行分析。来自 canopy 与无 canopy 环境的大规模湍流仿真结果,探讨了斜率与关键无量纲组别之间的幂律依赖关系,这两组无量纲组别分别描述 (1) 浮力源相对于环境风速的相对强度,以及 (2) 喷流湍流强度相对于上游的湍流强度。结果显示,在 canopy 案例中,靠近地面的斜率因 canopy 阻力而下降了一个数量级。值得注意的是,在 canopy 案例中,靠近地面的喷流斜率随无量纲喷流湍流强度的增加而显著增大,呈现四次方关系依赖;而在无 canopy 案例中,则不存在此效应,这反映了两种环境下喷流源附近动量通量结构的空间差异。此外,canopy 效应延迟了喷流从上升相位过渡到远场的时刻。过渡高度分别遵循四次方和三次方关系,分别对应于 canopy 与无 canopy 环境中组别 (1) 的依赖,随着浮力源强度的增大,canopy 效应变得不那么突出。我们的发现支持跨各种环境构建喷流结构尺度律,并为改进预测建模提供指导。
引用
@article{arxiv.2510.13189,
title = {Scaling analysis for buoyant plumes over wildland fires},
author = {Ajinkya Desai and Antonio Quim Cervantes and Tirtha Banerjee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.13189},
year = {2025}
}