基于WRF跨尺度方法模拟实际风场功率谱的研究

摘要

利用WRF或WRF-LES模式进行跨尺度计算模拟风场时可以使用多种多样的六小时或三小时再分析资料作为解析区域的边界条件和初值,因此相比于传统的CFD方法具有很大的优越性.目前,利用WRF或WRF-LES模拟大气湍流的研究大部分集中在理想计算条件.如Domingo Mu(n)oz-Esparza等在WRF理想模式下利用WRF到WRF-LES(NBA模型)测试了单向均匀流在多种扰动方案下的湍流发展情况,并在小尺度下得到了在全域较为均匀统一的湍流.也有少数研究针对实际区域,如陶韬在降低格子尺度的过程中发现当格子从111m尺度降到37m时,WRF-LES得到的风速功率谱没有改善,其原因可能是计算区域太小,湍流没有得到发展.因此,有必要进行小尺度计算区域下的WRF-LES模拟能力研究.在这个问题上采用传统的扰动方法有可能改善风场功率谱的模拟结果.本论文针对此开展研究。研究结果显示，WRF-LES所得功率谱末尾直线以及波动迅速的部分是数值不稳定成分得到的无效能量。这说明，随着风从人流处流经计算区域，随着湍流发展，高频成分不断增多。而在下游高频能量没有增加则可能是由于下游边界的影响，也有可能当湍流发展到一定程度以后，发展会变得很缓慢。