Coherent eddies transporting passive scalars through the plant canopy revealed by Large-Eddy simulations using the lattice Boltzmann method

格子ボルツマン法のラージエディ・シミュレーションによる植生キャノピーに起因したコヒーレント渦構造で輸送されるパッシブスカラの解析

渡辺 力*; 高木 毬衣*; 下山 宏*; 川島 正行*; 小野寺 直幸   ; 稲垣 厚至*

Watanabe, Tsutomu*; Takagi, Marie*; Shimoyama, Ko*; Kawashima, Masayuki*; Onodera, Naoyuki; Inagaki, Atsushi*

速度場とスカラー場に対する二つの分布関数を用いた格子ボルツマン法を用いて、植生キャノピー内およびその上部における、パッシブスカラを含む流れのラージエディ・シミュレーションを実施した。植物キャノピーが分散型シンクとして機能するトップダウンスカラーの場合、キャノピー上面のスカラー流束は、はるか上方から発生するキャノピーへ侵入する流れ(スイープ)により決定される。一方で、キャノピーからスカラーが放出される現象は、キャノピー上部で発生する渦により引き起こされる。本論文では、この様な渦の発生は、キャノピー上方からの大規模なスイープと、キャノピー内部の幅広い範囲での放出現象が接近することで引き起こされることを明らかとした。

A double-distribution-function lattice Boltzmann model for large-eddy simulations of a passive scalar field is described within and above a plant canopy. For a top-down scalar, for which the plant canopy serves as a distributed sink, the flux of the scalar near the canopy top are predominantly determined by sweep motions originating far above the canopy. By contrast, scalar ejection events are induced by coherent eddies generated near the canopy top. In this paper, the generation of such eddies is triggered by the downward approach of massive sweep motions to existing wide regions of weak ejective motions from inside to above the canopy.