气象学报
氣象學報
기상학보
ACTA METEOROLOGICA SINICA
2013年
5期
879-890
,共12页
大涡模拟%半拉格朗日动力框架%隐含耗散%GRAPES模式%对流边界层
大渦模擬%半拉格朗日動力框架%隱含耗散%GRAPES模式%對流邊界層
대와모의%반랍격랑일동력광가%은함모산%GRAPES모식%대류변계층
Large eddy simulation%Semi-Lagrangian dynamical core%Implicit diffusion%GRAPES model%Convective boundary layer
为检验GRAPES半拉格朗日动力框架在大涡尺度上的模拟性能,为未来发展千米及其以下高分辨尺度的数值模式奠定基础,并构造GRAPES大涡模式以检验和发展边界层湍流参数化提供科学工具.通过在GRAPES模式中加入Smagorinsky-Lilly小尺度湍涡参数化,并将模式分辨率提高至50 m,构建GRAPES大涡模式(GRAPES_LES),以便分析GRAPES模式在大涡尺度上的适用性.同时利用广泛应用的已有大涡模式UCLA_LES作为参考,通过对干对流边界层湍流的模拟分析及与UCLA_LES模拟结果的对比,得出如下主要结论:GRAPES半拉格朗日动力框架能够模拟出与已有的大涡模式相似的边界层湍流特征;同时,通过分析也证明GRAPES存在由于采用半拉格朗日平流计算而带来过度耗散的问题:当使用相同的滤波尺度(Smagorinsky常数)时,GRAPES_LES模拟出的速度场更为平滑,小尺度湍流结构过于光滑,通过对湍流能量的能谱分析更清楚地表明了这一点.进一步,对不同的Smagorinsky常数(对应不同的滤波尺度)进行了敏感性试验,表明可以通过改变滤波尺度,有效地缓解半拉格朗日框架隐含的耗散问题,得到更接近UCLA_LES所模拟的湍流特征.
為檢驗GRAPES半拉格朗日動力框架在大渦呎度上的模擬性能,為未來髮展韆米及其以下高分辨呎度的數值模式奠定基礎,併構造GRAPES大渦模式以檢驗和髮展邊界層湍流參數化提供科學工具.通過在GRAPES模式中加入Smagorinsky-Lilly小呎度湍渦參數化,併將模式分辨率提高至50 m,構建GRAPES大渦模式(GRAPES_LES),以便分析GRAPES模式在大渦呎度上的適用性.同時利用廣汎應用的已有大渦模式UCLA_LES作為參攷,通過對榦對流邊界層湍流的模擬分析及與UCLA_LES模擬結果的對比,得齣如下主要結論:GRAPES半拉格朗日動力框架能夠模擬齣與已有的大渦模式相似的邊界層湍流特徵;同時,通過分析也證明GRAPES存在由于採用半拉格朗日平流計算而帶來過度耗散的問題:噹使用相同的濾波呎度(Smagorinsky常數)時,GRAPES_LES模擬齣的速度場更為平滑,小呎度湍流結構過于光滑,通過對湍流能量的能譜分析更清楚地錶明瞭這一點.進一步,對不同的Smagorinsky常數(對應不同的濾波呎度)進行瞭敏感性試驗,錶明可以通過改變濾波呎度,有效地緩解半拉格朗日框架隱含的耗散問題,得到更接近UCLA_LES所模擬的湍流特徵.
위검험GRAPES반랍격랑일동력광가재대와척도상적모의성능,위미래발전천미급기이하고분변척도적수치모식전정기출,병구조GRAPES대와모식이검험화발전변계층단류삼수화제공과학공구.통과재GRAPES모식중가입Smagorinsky-Lilly소척도단와삼수화,병장모식분변솔제고지50 m,구건GRAPES대와모식(GRAPES_LES),이편분석GRAPES모식재대와척도상적괄용성.동시이용엄범응용적이유대와모식UCLA_LES작위삼고,통과대간대류변계층단류적모의분석급여UCLA_LES모의결과적대비,득출여하주요결론:GRAPES반랍격랑일동력광가능구모의출여이유적대와모식상사적변계층단류특정;동시,통과분석야증명GRAPES존재유우채용반랍격랑일평류계산이대래과도모산적문제:당사용상동적려파척도(Smagorinsky상수)시,GRAPES_LES모의출적속도장경위평활,소척도단류결구과우광활,통과대단류능량적능보분석경청초지표명료저일점.진일보,대불동적Smagorinsky상수(대응불동적려파척도)진행료민감성시험,표명가이통과개변려파척도,유효지완해반랍격랑일광가은함적모산문제,득도경접근UCLA_LES소모의적단류특정.
