一种用于大气流动的无缝衔接无音速与静力动力学的半隐式可压缩模式
数值分析
2020-01-08 v1 计算物理
摘要
我们引入一种用于小尺度至行星尺度可压缩大气运动的二阶数值格式。并置有限体积法以守恒形式处理质量、动量和质量加权位温的平流，同时依赖Exner压力处理压力梯度项。它通过对完整变量而非背景态扰动的演化来离散旋转可压缩方程，并仅受平流速度约束的时间步长运行。扰动变量仅作为椭圆问题表述中的辅助量使用。借鉴前向时间差分的思想，该算法将作者此前提出的格式重构为隐式中点、平流和隐式梯形步序列，从而实现不受内重力波速度约束的时间积分。与现有方法相比，在非静力与静力尺度动力学一系列基准测试上的结果具有竞争力。测试套件包含一个新的行星尺度惯性-重力波测试，凸显了该格式的特性及其大时间步长能力。在静力尺度情形中，模型以伪不可压缩和静力模式运行，在统一离散框架内简单切换。其与可压缩运行的差异呈现出预期的相对量级。通过提供对无音速和静力动力学的无缝衔接，这些进展代表了迈向全尺度混合多模型求解器的必要一步。
引用
@article{arxiv.1903.06797,
title = {A semi-implicit compressible model for atmospheric flows with seamless access to soundproof and hydrostatic dynamics},
author = {Tommaso Benacchio and Rupert Klein},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.06797},
year = {2020}
}