LANS-alpha湍流模型在原始方程海洋模型中的实现
大气与海洋物理
2009-11-13 v1 混沌动力学
流体动力学
摘要
本文介绍了拉格朗日平均纳维-斯托克斯alpha（LANS-alpha）湍流模型在原始方程海洋模型中的首次数值实现和测试。我们使用的海洋模型是洛斯阿拉莫斯并行海洋程序（POP）；我们将POP和我们的LANS-alpha实现称为POP-alpha。我们提出了两个版本的POP-alpha：完整的POP-alpha算法源自LANS-alpha原始方程，但需要嵌套迭代，这使得它对于实际模拟来说太慢；我们提出了一个简化的POP-alpha算法，它没有嵌套迭代，比完整算法快两到三倍。简化算法并非源自LANS-alpha模型方程的形式推导。尽管如此，从全局平均温度和动能以及温度和速度场的快照来看，简化算法的模拟与完整算法几乎相同。两种POP-alpha算法都可以使用比标准POP更长的时间步长稳定运行。我们在一个理想化的测试问题中比较了完整和简化POP-alpha算法的实现，该问题捕捉了南极绕极流的某些方面，这是一个斜压不稳定性突出的问题。两种POP-alpha算法产生的统计量与标准POP的高分辨率模拟相似。线性稳定性分析表明，完整和简化的POP-alpha算法都受益于LANS-alpha方程考虑小尺度对大尺度影响的方式。两种算法（1）都是稳定的；（2）有效地增大了罗斯贝半径；（3）减慢了罗斯贝波和重力波的速度。
引用
@article{arxiv.physics/0703195,
title = {Implementation of the LANS-alpha turbulence model in a primitive equation ocean model},
author = {Matthew W. Hecht and Darryl D. Holm and Mark R. Petersen and Beth A. Wingate},
journal= {arXiv preprint arXiv:physics/0703195},
year = {2009}
}
备注
Submitted to J. Computational Physics March 21, 2007