A one-dimensional stochastic model of turbulence within and above plant canopies
A one-dimensional stochastic model of turbulence within and above plant canopies
复制标题
植物冠层内部和上方湍流的一维随机模型
DOI：
10.1016/j.agrformet.2017.12.211
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发表时间：
2018
影响因子：
6.2
通讯作者：
Chamecki, Marcelo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Freire, Livia S.;Chamecki, Marcelo
本文研究了Kerstein的一维湍流模式（ODT）在模拟植物冠层内和冠层上大气边界层（ABL）流动中的适用性。ODT模型适用于表示流场和标量场的过滤版本，配备了Smagorinsky亚网格尺度模型、壁模型和冠层对流场影响的参数化。在过滤的ODT，整个垂直延伸的ABL建模和“解决”的垂直湍流运输是由随机涡流，有效地混合流体包裹在整个路径长度，代表非本地湍流通量，是一个关键功能的冠层粗糙子层。不同的冠层和稳定性条件的模拟和湍流和标量统计的垂直廓线与观测和大涡模拟数据进行了比较。这种新的过滤版本的ODT模型产生网格独立的结果。植物冠层的模型性能是一致的，与以前的结果从ODT测试的所有情况下，没有任何具体情况下的参数调整，产生合理的协议，在配置文件的平均速度，温度和水汽混合比，以及垂直通量的动量和感热和潜热，尽管低估了所有的速度方差。非本地运输是内在的ODT的制定，这是一个显着的优势相比，其他简化模式的方法用于冠层流。
The suitability of Kerstein's One-Dimensional Turbulence (ODT) model in the representation of atmospheric boundary layer (ABL) flows within and above plant canopies is investigated. The ODT model was adapted to represent a filtered version of flow and scalar fields, equipped with a Smagorinsky-like sub-grid scale model, a wall model, and a parameterization of the canopy effects on the flow. In the filtered ODT, the entire vertical extension of the ABL is modeled and the “resolved” vertical turbulent transport is represented by stochastic eddies that effectively mix fluid parcels across a path length, representing non-local turbulent fluxes that are a critical feature of the canopy roughness sublayer. Simulations for different canopies and stability conditions are performed and vertical profiles of turbulence and scalar statistics are compared with observational and large-eddy simulation data. This new filtered version of the ODT model yields grid-independent results. Model performance for plant canopies is consistent with previous results from ODT for all cases tested without any case-specific parameter adjustment, generating reasonable agreement in profiles of mean velocity, temperature and water vapor mixing ratio, as well as vertical fluxes of momentum and sensible and latent heat, despite the underestimation of all velocity variances. Non-local transport is intrinsic to the formulation of ODT, which represents a significant advantage compared to other reduced-model approaches employed for canopy flows.
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