Mapping near-field pollutant concentration is essential to track accidental toxic plume dispersion in urban areas. By solving a large part of the turbulence spectrum, large-eddy simulations (LES) have the potential to accurately represent pollutant concentration spatial variability. Finding a way to synthesize this large amount of information to improve the accuracy of lower-fidelity operational models (e.g. providing better turbulence closure terms) is particularly appealing. This is a challenge in multi-query contexts, where LES become prohibitively costly to deploy to understand how plume flow and tracer dispersion change with various atmospheric and source parameters. To overcome this issue, we propose a non-intrusive reduced-order model combining proper orthogonal decomposition (POD) and Gaussian process regression (GPR) to predict LES field statistics of interest associated with tracer concentrations. GPR hyperpararameters are optimized component-by-component through a maximum a posteriori (MAP) procedure informed by POD. We provide a detailed analysis of the reducedorder model performance on a two-dimensional case study corresponding to a turbulent atmospheric boundary-layer flow over a surface-mounted obstacle. We show that near-source concentration heterogeneities upstream of the obstacle require a large number of POD modes to be well captured. We also show that the component-by-component optimization allows to capture the range of spatial scales in the POD modes, especially the shorter concentration patterns in the high-order modes. The reduced-order model predictions remain acceptable if the learning database is made of at least fifty to hundred LES snapshot providing a first estimation of the required budget to move towards more realistic atmospheric dispersion applications.


翻译:近地污染物浓度测图对于跟踪城市地区意外有毒羽流扩散至关重要。 通过解决大部分动荡频谱,大型模拟(LES)有可能准确地代表污染物浓度的空间变异性。 找到一种方法来综合大量信息以提高较低纤维化操作模型(例如提供更好的动荡封闭条件)的准确性,特别令人着迷。 这是多孔环境中的一个挑战,在多孔环境中,LES变得过于昂贵,无法利用各种大气和源参数来了解流流和痕量分布的变化。为了克服这一问题,我们建议采用一种非侵入性减序模型,结合适当的或地心脱位模式和高山线进程回归模式,以预测与痕量浓度相关的低纤维化操作模型的准确性。 GPR 超parrameter通过由PODD通报的后继(MAPA)程序, 优化了各个组成部分。 我们详细分析了在二维案例研究中降低的模型性能表现。 我们提议,如果在地面上层的大气模型流流流到近地平流的轨道上,则更低的轨道流,则需要一个可接受的轨道模型。

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