A double-distribution-function lattice Boltzmann model for large-eddy simulations of a passive scalar field in a neutrally stratified turbulent flow is described. In simulations of the scalar turbulence within and above a homogeneous plant canopy, the model’s performance is found to be comparable with that of a conventional large-eddy simulation model based on the Navier–Stokes equations and a scalar advection–diffusion equation in terms of the mean turbulence statistics, budgets of the second moments, power spectra, and spatial two-point correlation functions. For a top-down scalar, for which the plant canopy serves as a distributed sink, the variance and flux of the scalar near the canopy top are predominantly determined by sweep motions originating far above the canopy. These sweep motions, which have spatial scales much larger than the canopy height, penetrate deep inside the canopy and cause scalar sweep events near the canopy floor. By contrast, scalar ejection events near the canopy floor are induced by coherent eddies generated near the canopy top. 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. The non-local transport of scalars from above the canopy to the canopy floor, and vice versa, is driven by these eddies of different origins. Such non-local transport has significant implications for the scalar variance and flux budgets within and above the canopy, as well as the transport of scalars emitted from the underlying soils to the atmosphere.

描述了用于中性分层湍流中被动标量场的大涡模拟的双分布函数格子 Boltzmann 模型。在同质植物冠层内部和上方的标量湍流模拟中，发现该模型的性能与基于 Navier-Stokes 方程和标量平流-扩散方程的常规大涡模拟模型的性能相当。平均湍流统计、二阶矩的预算、功率谱和空间两点相关函数。对于自上而下的标量，植物冠层充当分布式汇，冠层顶部附近标量的方差和通量主要由远高于冠层的扫掠运动决定。这些扫荡动作，其空间尺度远大于冠层高度，深入到冠层内部并在冠层底附近引起标量扫掠事件。相比之下，冠层底部附近的标量喷射事件是由冠层顶部附近产生的相干涡流引起的。这种涡流的产生是由大量扫掠运动向下接近现有的从树冠内部到上方的弱喷射运动的广泛区域而触发的。标量从冠层上方到冠层底部的非局部传输，反之亦然，是由这些不同来源的涡流驱动的。这种非局部传输对冠层内外的标量方差和通量预算以及从底层土壤排放到大气的标量传输具有重要意义。深入到树冠内部并在树冠底部附近引起标量扫掠事件。相比之下，冠层底部附近的标量喷射事件是由冠层顶部附近产生的相干涡流引起的。这种涡流的产生是由大量扫掠运动向下接近现有的从树冠内部到上方的弱喷射运动的广泛区域而触发的。标量从冠层上方到冠层底部的非局部传输，反之亦然，是由这些不同来源的涡流驱动的。这种非局部传输对冠层内外的标量方差和通量预算以及从底层土壤排放到大气的标量传输具有重要意义。深入到树冠内部并在树冠底部附近引起标量扫掠事件。相比之下，冠层底部附近的标量喷射事件是由冠层顶部附近产生的相干涡流引起的。这种涡流的产生是由大量扫掠运动向下接近现有的从树冠内部到上方的弱喷射运动的广泛区域而触发的。标量从冠层上方到冠层底部的非局部传输，反之亦然，是由这些不同来源的涡流驱动的。这种非局部传输对冠层内外的标量方差和通量预算以及从底层土壤排放到大气的标量传输具有重要意义。冠层底部附近的标量喷射事件是由冠层顶部附近产生的相干涡流引起的。这种涡旋的产生是由大量扫掠运动向下接近现有的从树冠内部到上方的弱喷射运动的广泛区域而触发的。标量从冠层上方到冠层底部的非局部传输，反之亦然，是由这些不同来源的涡流驱动的。这种非局部传输对冠层内外的标量方差和通量预算以及从底层土壤排放到大气的标量传输具有重要意义。冠层底部附近的标量喷射事件是由冠层顶部附近产生的相干涡流引起的。这种涡流的产生是由大量扫掠运动向下接近现有的从树冠内部到上方的弱喷射运动的广泛区域而触发的。标量从冠层上方到冠层底部的非局部传输，反之亦然，是由这些不同来源的涡流驱动的。这种非局部传输对冠层内外的标量方差和通量预算以及从底层土壤排放到大气的标量传输具有重要意义。标量从冠层上方到冠层底部的非局部传输，反之亦然，是由这些不同来源的涡流驱动的。这种非局部传输对冠层内外的标量方差和通量预算以及从底层土壤排放到大气的标量传输具有重要意义。标量从冠层上方到冠层底部的非局部传输，反之亦然，是由这些不同来源的涡流驱动的。这种非局部传输对冠层内外的标量方差和通量预算以及从底层土壤排放到大气的标量传输具有重要意义。