非结构网格海洋模式中所用水平离散化的精度与稳定性分析
流体动力学
2023-09-25 v1
摘要
评估全球环流模式（GCMs）鲁棒性的一个重要工具是理解浅水近似下动力核的水平离散化。在此，我们考虑浅水模型，评估用于或非结构海洋模型适用的不同方法的精度与稳定性。我们的结果表明，这些格式具有不同的精度能力，其中 A-网格（NICAM）和 B-网格（FeSOM 2.0）格式在大多数算子和时间积分变量上至少提供一阶精度，而两种 C-网格（ICON 和 MPAS）格式在充分近似水平动力学方面表现出更多困难。此外，正则网格上惯性重力波表示的理论可推广至我们基于非结构的格式，按精度从低到高分别为：A-、B- 和 C-网格。仅考虑 C-网格格式时，MPAS 格式比 ICON 更准确地表示了惯性重力波。在稳定性方面，我们看到 A-网格和 C-网格 MPAS 格式均展现出最佳稳定性特性，但 A-网格格式依赖人工扩散，而 C-网格格式则不依赖。同时，B-网格和 C-网格 ICON 格式属于最不稳定的。最后，为理解 ICON 中潜在不稳定性的影响，我们注意到无滤波项的完整 3D 模式在随时间积分时不会失稳。然而，杂散振荡导致海洋洋流动能降低。此外，还观察到流动湍动能的额外下降，产生了杂散混合，这也对这些海洋洋流强度减弱起了作用。
引用
@article{arxiv.2309.12832,
title = {Accuracy and stability analysis of horizontal discretizations used in unstructured grid ocean models},
author = {Fabricio Rodrigues Lapolli and Pedro da Silva Peixoto and Peter Korn},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.12832},
year = {2023}
}