非稳定植被层中的平均流动和湍流
摘要：大气边界层（ABL）中的非平稳性是规律。在这种情况下，流动可能与地表应力失去平衡、剪切应力和应变率失去对齐，并且湍流统计量呈现三维性。现有的ABL流动理论主要针对统计稳定的流动条件建立，无法预测这种行为。基于这一知识缺口，本研究分析了时间变化的压力梯度对城市地表上平均流动和湍流的影响。进行了一系列脉动流动在立方体阵列上的大涡模拟，根据振荡振幅α和强迫频率ω的不同进行编程变化。分析重点放在长时间平均和相位相关的流动动力学上。检查长时间平均速度剖面发现，数值粗糙度z_0随α和ω增加，而位移高度d对这些参数似乎不敏感。在相位平均流动统计方面，发现α主要控制小波流向速度和雷诺应力的振幅，但对其壁法向结构影响微乎其微。另一方面，ω确定了受非定常强迫影响的区域大小，识别了所谓的Stokes层厚度δs。在Stokes层内，相位平均的确定雷诺应力剖面在脉动周期内存在明显变化，湍流与平均流动失去平衡。提出了两个现象学模型，分别捕捉了流动非稳定性对z_0和δs的影响。
作者：Weiyi Li and Marco G. Giometto
论文ID：2307.11205
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-07-27