文章研究了准地转(QG)湍流在海岸边界条件下的数值模拟方法。通过扩展伪谱数值方案和GPU求解器，采用Brinkman体积惩罚方法处理海岸边界和陆地形态。文章评估了四种基于涡粘性假设的亚格子尺度(SGS)闭合模型：标准Smagorinsky模型、Leith模型及其动态变体。通过先验分析和后验评估，展示了这些闭合模型在圆形岛屿和岬角流动中的性能差异，特别是在海岸边界附近相位和特征重建误差方面的表现。研究结果为复杂地形下的海洋湍流模拟提供了新的数值工具和模型评估框架。
高分辨率流体模拟在海洋等大尺度地球物理领域中面临计算挑战，需要引入参数化方法来处理未解析的尺度和过程。大涡模拟(LES)通过过滤亚格子尺度特征使模拟可行，但其性能取决于亚格子尺度(SGS)参数化的准确性。海洋中的海岸边界和复杂地形进一步增加了模拟的难度。
文章采用二维不可压缩准地转(QG)方程作为海洋和大气湍流的简化模型。该模型以涡度形式表示，自动满足不可压缩条件，无需计算压力。β项提供了科里奥利力随纬度变化的线性近似，导致各向异性的纬向急流和条纹形成。
为模拟海岸边界和陆地形态，文章采用浸入边界法(IBM)结合Brinkman体积惩罚方法。该方法通过添加惩罚项近似固体障碍物为孔隙率趋近于零的多孔介质，在流体区域遵循QG方程，在海岸区域遵循达西定律。同时引入海绵层处理非周期性边界条件和流入条件。
文章评估了四种基于涡粘性假设的SGS闭合模型：标准Smagorinsky模型基于三维湍流能量正向级联假设；动态Smagorinsky模型通过双滤波动态估计参数；标准Leith模型基于二维湍流熵正向级联假设；动态Leith模型同样采用动态过程调整参数。
通过圆形岛屿和岬角流动的模拟，文章比较了各闭合模型的性能。先验分析显示Leith模型相关性略优于Smagorinsky模型，但整体相关性中等。后验评估表明所有闭合模型在模拟LES场中表现出较弱的整体相关性、特征重建误差和较大的相位偏移误差，难以捕捉正确的涡脱落频率。
研究扩展了准地转湍流的数值模拟方法，为海岸边界条件下的海洋流动模拟提供了新工具。闭合模型评估揭示了现有方法在复杂地形下的局限性，为未来开发数据驱动或解析闭合模型指明了方向。特别是需要考虑结构闭合模型或随机模型，以更好地处理海岸边界效应。