可扩展高阶非静力多矩约束有限体积动力核的发展综述
计算物理
2020-04-14 v1 大气与海洋物理
摘要
本报告总结了面向数值天气预报与气候模拟的下一代大气模式动力核开发的主要进展。数值框架基于一种通用公式，即多矩约束有限体积（MCV）方法，其在解的质量（精度与鲁棒性）、算法简洁性、计算效率及模式配置灵活性之间取得了良好平衡。还设计了一种局部高阶限制投影以去除数值解中的伪振荡和噪声，使数值模式无需人工扩散或滤波即可良好运行。所得数值格式非常简单、高效且易于在结构化和非结构化网格上实现，提供了一个具有重大实际意义的有前景的平台。我们已将 MCV 方法应用于多种球面网格上的浅水方程，包括 Yin-Yang 重叠网格、立方球网格和测地二十面体网格，以及复杂地形边界条件下的非静力可压缩大气模式。此外，利用直接微物理反馈验证了如湿热泡之类的湿动力模拟。我们还构建了立方球网格上带显式/隐式混合时间积分方案的 3D 全球非静力可压缩大气模式原型，可用作开发全球大气 GCM 的基础。所有 MCV 模型均通过广泛使用的基准测试验证。数值结果表明，现有 MCV 模型的解质量可与其他现有高阶模式竞争。立方球网格上 MCV 浅水模式的并行化显示了其对大规模并行处理具有良好的可扩展性。
引用
@article{arxiv.2004.05784,
title = {Review on development of a scalable high-order nonhydrostatic multi-moment constrained finite volume dynamical core},
author = {Xingliang Li and Chungang Chen and Xueshun Shen and Feng Xiao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.05784},
year = {2020}
}
备注
49 pages, 33 figures