Численное моделирование нейтрально стратифицированного атмосферного пограничного слоя

М.В. Шокуров1, ✉, С.Ю. Артамонов1, И.Н. Эзау2

1 Морской гидрофизический институт НАН Украины, Украина

2 Dipartimento di Scienze Ambientali, Universitа Ca’Foscari, Venice, Italy

✉ e-mail: shokurov.m@gmail.com

Аннотация

Статья посвящена численному исследованию нейтрально стратифицированного планетарного атмосферного пограничного слоя над однородной шероховатой поверхностью. Для расчетов использовалась модель больших вихрей LESNIC с динамической смешанной схемой турбулентного подсеточного замыкания. Рассмотрена структура турбулентности в атмосферном пограничном слое для разных значений безразмерного поверхностного числа Россби. Получены законы сопротивления – зависимости полного угла поворота ветра и геострофического коэффициента сопротивления от числа Россби. Определены вертикальные профили средней скорости, турбулентных напряжений, дисперсий компонент скорости, турбулентной кинетической энергии. Рассчитаны пространственные спектры кинетической энергии турбулентности. Показано, что в модели удовлетворительно воспроизводятся результаты, полученные ранее. Продемонстрированы значительные преимущества модели больших вихрей со смешанной динамической схемой подсеточного замыкания.

Ключевые слова

атмосферный пограничный слой, численное моделирование, вихреразрешающие модели

Для цитирования

Шокуров М.В, Артамонов С.Ю., Эзау И.Н. Численное моделирование нейтрально стратифицированного атмосферного пограничного слоя // Морской гидрофизический журнал. 2013. № 2. С. 37-51. EDN TFYSFN.

Shokurov, M.V., Artamonov, S.Yu. and Esau, I.N., 2013. Numerical modeling of a neutrally stratified atmospheric boundary layer. Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal, (2), pp. 37-51 (in Russian).

Список литературы

  1. Rossby C.G., Montgomery R.B. The layers of frictional influence in wind and ocean currents // Phys. Oceanogr. Meteorol. – 1935. – 3, № 3. – P. 1 – 101.
  2. Казанский А.Б., Монин А.С. О турбулентном режиме выше приземного слоя воздуха // Изв. АН СССР. Cер. Геофиз. – 1960. – 1. – C. 165 – 168.
  3. Зилитинкевич С.С. Динамика пограничного слоя атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1970. – 292 с.
  4. Deardorff W.J. Numerical investigation of neutral and unstable planetary boundary layers // J. Atmos. Sci. – 1972. – 29. – P. 91 – 115.
  5. Andren A., Brown A.R., Graf J. et al. Large-eddy simulation of a neutrally stratified boundary layer: A comparison of four computer codes // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. – 1994. – 120. – P. 1457 – 1484.
  6. Esau I. Simulation of Ekman boundary layers by large eddy model with dynamic mixed subfilter closure // Environ. Fluid Mech. – 2004. – 4. – P. 273 – 303.
  7. Esau I. The Coriolis effect on coherent structures in planetary boundary layers // J. Turbul. – 2003. – 4, № 1. – P. 1 – 19.
  8. Zilitinkevich S., Esau I. On integral measures of the neutral barotropic planetary boundary layer // Bound.-Layer Meteorol. – 2002. – 104, № 3. – P. 371 – 379.
  9. Zilitinkevich S., Esau I. The effect of baroclinicity on the depth of neutral and stable planetary boundary layers // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. – 2003. – 129. – P. 3339 – 3356.
  10. Zilitinkevich S.S., Esau I.N. Resistance and heat transfer laws for stable and neutral planetary boundary layers: old theory, advanced and re-evaluated // Ibid. – 2005. – 131. – P. 1863 – 1892.
  11. Глазунов А.В. Моделирование нейтрально стратифицированного турбулентного потока воздуха над шероховатой поверхностью // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2006. – 42, № 3. – C. 307 – 325.
  12. Глазунов А.В. Вихреразрешающее моделирование турбулентности с использованием смешанного динамического локализованного замыкания. Ч. 1. Формулировка задачи, описание модели и диагностические численные тесты // Там же. – 2009. – 45, № 1. – C. 7 – 28.
  13. Шокуров М.В., Артамонов С.Ю., Эзау И.Н. LES-модель турбулентного атмосферного пограничного слоя: описание и тестовые расчеты // Морской гидрофизический журнал. – 2013. – № 1. – C. 3 – 20.

Скачать статью в PDF-формате