大涡模拟数据库在中性和稳定层结边界层一阶封闭问题优化中的应用
摘要：大涡模拟（LES）是一种成熟的数值技术，可以解析行星边界层中最具能量的湍流脉动。通过对这些脉动进行平均，可以在具有明确定义的初始和边界条件的实验中获得高质量的平均值和湍流统计数据。因此，LES数据可以有助于评估和优化湍流封闭方案。本研究使用80个LES运行的数据库（DATABASE64）来优化一阶湍流封闭（FOC）。已经调整了混合长度尺度和稳定性修正函数的近似值，以使整个DATABASE64中的相对均方根误差最小化。新的稳定性函数具有正确的渐近线，描述了在理论练习、大气数据和LES中发现的强弱混合区。该正确的渐近线排除了FOC公式中关键的理查逊数的需要。此外，我们分析了FOC质量与积分边界层稳定性和垂直模型分辨率的关系。我们表明，FOC永远不会完美，因为上半部分的边界层湍流并不是由局部梯度产生的。因此，参数化和LES通量在边界层上半部分失去相关性。考虑到这个不完美的因素，我们表明，只要垂直模型分辨率在边界层内有10个水平以上，强稳定边界层中的FOC质量不会有系统性的恶化。与先前的研究一致，我们发现随着垂直分辨率的改进，质量改善得很慢。在大气最下方的500米范围内，那里集中了大部分观测、模拟和理论预测的稳定边界层，通常不宜过度拉伸网格。
作者：Igor N. Esau, Oyvind Byrkjedal
论文ID：physics/0612206
分类：Atmospheric and Oceanic Physics
分类简称：physics.ao-ph
提交时间：2007-05-23