一种用于非静力平衡垂直大气动力学的能量平衡拟牛顿积分器
数值分析
2020-12-01 v3 数值分析
摘要
本文提出了一种用于球面上非静力平衡垂直大气动力学的能量平衡隐式积分器。该积分器通过保持可压缩欧拉方程非正则哈密顿形式的斜对称性，能够在空间和时间上精确平衡垂直大气运动的能量交换。积分器的性能通过一种预处理策略得到加速，该策略降低了内部线性系统的维数。在此，我们通过重复的舒尔补分解和耦合项的精心选择，将速度、密度、密度加权位温和埃克纳气压这四个分量的系统化简为关于密度加权位温的单一方程。按当前公式，该积分器基于不允许底部地形的水平-垂直空间分裂。该积分器针对球面上斜压不稳定性和非静力平衡重力波以及高分辨率平面几何中的上升气泡等标准测试用例进行了验证，并在所有这些情形下均表现出稳健的收敛性。
引用
@article{arxiv.2004.14090,
title = {An energetically balanced, quasi-Newton integrator for non-hydrostatic vertical atmospheric dynamics},
author = {David Lee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.14090},
year = {2020}
}