Курбацкий А.Ф. Курбацкая Л.И.
Численное моделирование атмосферного пограничного слоя Экмана с использованием явной алгебраической модели турбулентности
Reporter: Курбацкий А.Ф.
Моделирование турбулентности является важным объектом наук об окружающей среде для описания существенно важного турбулентного транспорта тепла и импульса в пограничном слое атмосферы [1]. Многие модели турбулентности, используемые в моделировании течений в окружающей среде, основываются на концепции вихревой вязкости, а эффекты плавучести часто включаются в выражения для турбулентных потоков через эмпирические функции, основанные на теории подобия Монина–Обухова [2], справедливой, строго говоря, только для приземного слоя. Более существенный прогресс достигнут в последние годы в развитии более общих, чем стандартные гипотезы турбулентной вязкости, моделей для вихревых коэффициентов диффузии импульса и тепла, как результат записи дифференциальных уравнений для напряжений Рейнольдса и вектора турбулентного потока тепла в слабо-равновесном приближении [3-4], которое пренебрегает адвекцией и диффузией некоторых безразмерных величин.
Явная алгебраическая модель рейнольдсовых напряжений и вектора турбулентного потока тепла для планетарного пограничного слоя тестируется в нейтрально стратифицированном пограничном слое атмосферы (ПСА) над однородной шероховатой поверхностью. Рассматриваемый вариант алгебраической модели построен на физических принципах RANS (Reynolds Average Navier Stokes) приближения для стратифицированной турбулентности, использует три прогностических уравнения и показывает правильное воспроизведение основных характеристик нейтрального ПСА Экмана – компонент скорости среднего ветра, угол поворота ветра, турбулентную статистику. Тестовые расчеты показывают, что данная модель может быть использована для целенаправленных исследований атмосферного пограничного слоя при решении различных задач окружающей среды.
Список литературы
1. Holtslag A.A.M, Svensson G, Baas P, Basu S, Beare B, Beljaars A.C.M, Bosveld F.C, Cuxart J, Lindvall J, Steeneveld G.J, Tjernström M, Van deWiel B.J.H. Stable atmospheric boundary layers and diurnal cycles: challenges for weather and climate models // Bull Am Meteor Soc. 2013. V. 94, N 11. P.1691–1706.
2. Монин А. С., Обухов A. M. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы // Труды Геофизического института. М.: Изд-во АН СССР, 1954. №25(151). С.163-187.
3. Kurbatskii A. F., Kurbatskaya L. I. turbulence closure model for an atmospheric boundary layer including the urban canopy // Meteorol. Atmos. Phys. 2009. V. 104. No. 1-2. P. 63-81.
4. Cheng Y., Canuto V. M., Howard A. M. An Improved Model for the Turbulent PBL // J. Atmos. Sci. 2002. V.59. No. 5. P. 1550-1565.
To reports list