An Investigation of the Grid Sensitivity in Large-Eddy Simulations of the Stable Boundary Layer
An Investigation of the Grid Sensitivity in Large-Eddy Simulations of the Stable Boundary Layer
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稳定边界层大涡模拟中网格敏感性的研究
DOI：
10.1007/s10546-021-00656-8
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发表时间：
2021
影响因子：
4.3
通讯作者：
Li, Dan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Maronga, Björn;Li, Dan
我们重新审视了长期存在的电网敏感性问题，即，稳定边界层的大涡模拟（LES）中网格收敛的缺乏。我们使用一套全面的LES著名的全球能量和水循环实验大气边界层研究1（GABLS 1）的情况下，不同的网格间距之间的12.5米和1米，调查几个物理过程和数值特征，可能是网格敏感性的原因。我们的研究结果表明，有两个分辨率制度中，网格的敏感性表现不同。我们发现，改变数值平流方案和亚网格尺度模型改变了模拟结果，但测试的选项并没有完全解决网格敏感性问题。此外，灵敏度运行表明，表面边界条件和表面与近地表流的相互作用，以及与自由大气的混合，不太可能是所观察到的网格灵敏度的原因。一个有趣的发现是，细网格间距制度（网格间距）中的网格敏感性与大尺度湍流能量含量的减少密切相关，导致湍流动能减少，从而降低边界层高度。目前的工作表明，仍然迫切需要解决这个网格敏感性问题，以执行可靠的LES的稳定边界层。
We revisit the longstanding problem of grid sensitivity, i.e., the lack of grid convergence in large-eddy simulations (LES) of the stable boundary layer. We use a comprehensive set of LES of the well-known Global Energy and Water Cycle Experiment Atmospheric Boundary Layer Study 1 (GABLS1) case with varying grid spacings between 12.5 m and 1 m to investigate several physical processes and numerical features that are possible causes of grid sensitivity. Our results demonstrate that there are two resolution regimes in which grid sensitivity manifests differently. We find that changing the numerical advection schemes and the subgrid-scale models alters the simulation results, but the options tested do not fully address the grid-sensitivity issue. Moreover, sensitivity runs suggest that the surface boundary condition and the interaction of the surface with the near-surface flow, as well as the mixing with the free atmosphere, are unlikely to be the causes of the observed grid sensitivity. One interesting finding is that the grid sensitivity in the fine grid-spacing regime (grid spacings) is closely related to the reduction in the energy content of large-scale turbulence, leading to less turbulence kinetic energy and hence lower boundary-layer heights. The present work demonstrates that there is still an urgent need to address this grid-sensitivity issue in order to perform reliable LES of the stable boundary layer.
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