عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی های عددی لایه مرزی جو شهری تهران تحت شرایط جوی پایدار و ناپایدار
- رشته تحصیلی
- هواشناسی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81403;کتابخانه موسسه ژئوفیزیک شماره ثبت: 1414;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81403;کتابخانه موسسه ژئوفیزیک شماره ثبت: 1414
- تاریخ دفاع
- ۲۸ آذر ۱۳۹۵
- دانشجو
- سیدمرتضی موسوی زاده
- استاد راهنما
- عباسعلی علی اکبری بیدختی, امید علیزاده چوبری
- چکیده
- در این پژوهش در دو حالت با ناپایداری و پایداری ایستایی لایه مرزی جوّ، عملکرد دو طرحواره لایه مرزی و دو مدل بستار تلاطم مربوط به شبیه سازی پیچک بزرگ مورد بررسی قرار گرفته اند. به این منظور شبیه‌سازی‌های میان مقیاس و خرد مقیاس با استفاده از مدل (Weather Research and Forecasting) WRF بر روی شهر تهران برای یک دوره روز و شب تابستانی انجام شد. شبیه سازی‌های میان مقیاس با دو تفکیک قائم 40 و 78 تراز نشان دادند که طرحواره Shin-Hong با تفکیک قائم 78 تراز نسبت به 40 تراز عملکرد بهتری از خود نشان می دهد. در مقابل، با افزایش تفکیک قائم بهبود قابل توجهی در کمیت های دمای پتانسیلی مجازی، سرعت و جهت باد در طرحواره YSU (Yonsei University) در هنگام روز و شب مشاهده نگردید. شبیه‌سازی های خرد مقیاس با سه تفکیک افقی 450، 150 و 50 متر نشان دادند که هنگام شب عملکرد مدل بستار TKE (turbulent kinetic energy) مرتبه 1.5 و Smagorinsky شباهت زیادی با یکدیگر دارند، و در هر دو این موارد در هنگام شب خطای شبیه‌سازی ها نسبت به مشاهدات افزایش می یابد. در هنگام روز افزایش تفکیک افقی سبب افزایش دماهای پتانسیلی در شبیه سازی های پیچک بزرگ شده است. همچنین مدل بستار تلاطم Smagorinsky عملکرد نامناسبی را در محاسبه مقادیر دمای پتانسیلی مجازی از خود نشان داد، به‌نحوی‌که عمق لایه مرزی در آن نسبت به مدل بستار تلاطم TKE مرتبه 1.5 و طرحواره Shin-Hong کاهش شدیدی از خود نشان داد. مطابق انتظار، نتایج شبیه سازی با طرحواره YSU تغییری در مقادیر نیمرخ های قائم به واسطه افزایش تفکیک افقی در ناحیه خاکستری تلاطم نشان نداد. همچنین به¬نظر می رسد با وجود بهبود عملکرد طرحواره Shin-Hong در ناحیه خاکستری نسبت به YSU برای شبیه سازی دمای پتانسیلی، استفاده از این طرحواره به جای مدل بستار تلاطم TKE مرتبه 1.5 مربوط به شبیه سازی پیچک بزرگ مزیت قابل توجهی ندارد. از طرفی به نظر می رسد مدل بستار تلاطمSmagorinsky در شبیه سازی نیمرخ‌های قائم سرعت و جهت باد توانایی بیشتری داشته باشد. بررسی های انجام شده نشان دادند که مطابق نتیجه مطالعه تالبوت و همکاران (2012)، خروجی های درونی‌ترین شبیه سازی میان مقیاس که به‌عنوان داده های شرایط اولیه و مرزی برای شبیه سازی های خردمقیاس استفاده شده اند، بیشترین تاثیر را بر نتایج این شبیه سازی ها دارند. به عبارت دیگر، کیفیت شرایط اولیه و مرزی نقش مهم تری را در مقایسه با انتخاب نوع مدل بستار تلاطمی ایفا می-کند.
- Abstract
- Performances of two boundary layer schemes, as well as two turbulent closure models for simulation of large eddies are investigated. To this end, using the Weather Research and Forecasting (WRF) model, mesoscale and microscale simulations were conducted over the urban area of Tehran during a daytime and nighttime period in summer. Mesoscale simulations with two different vertical resolutions of 40 and 78 levels indicated that the Shin-Hong scheme with 78 vertical levels has better performance than the one with 40 vertical levels. In contrast, the performance of the (Yonsei University) YSU scheme was not changed for simulating virtual potential temperature and wind speed and direction during the day and night. Microscale simulations with horizontal resolutions of 450, 150 and 50 m indicated that during night the performance of a 1.5-order TKE (turbulent kinetic energy) closure model and the Smagorinsky model are very similar, such that in both cases simulation errors compared to observations were increased during night. During the day, increasing the horizontal resolution led to the increase in potential temperatures predicted by large eddy simulations. In addition, the Smagorinsky turbulent closure model had inappropriate performance in calculating the virtual potential temperature, such that the boundary-layer height was substantially reduced compared to the 1.5-order TKE closure model and the Shin-Hong scheme. As expected, with increasing the horizontal resolution, simulation results with the YSU scheme did not show changes in the vertical profiles of atmospheric quantities in the grey zone of turbulence. In spite of a better performance of the Shin-Hong scheme in the grey zone compared to the YSU scheme for simulation of potential temperature, it was not better performed compared to the 1.5-order TKE closure model applied in the large eddy simulation. It appears that the Smagorinsky turbulent closure model better simulates vertical profiles of wind speed and direction. Our investigation indicated that, similar to the result of Talbot et al. (2012), outputs of the innermost domain of the mesoscale simulation, which have been used as initial and lateral boundary conditions for the microscale simulations, have the largest impact on the results of the microscale simulations. In other words, the quality of the initial and boundary conditions has more important role than the choice of the turbulent closure model. Keywords: Boundary Layer, Turbulence, WRF, Large Eddy Simulation, Multi Scale, Unstable Condition, Stable Condition
