风暴潮建模作为 MPAS-Ocean 中局部时间步长的应用
流体动力学
2023-01-31 v1 计算物理
摘要
本文展示了局部时间步长（LTS）格式在跨尺度预测模型—海洋（MPAS-O）中的首个科学应用。我们在一个单层全球海洋模型中使用 LTS 格式，以预测桑迪飓风期间美国东海岸周边的风暴潮。所用变分辨率网格在 MPAS-O 中达到了前所未有的高分辨率，在特拉华湾包含小至 125 米宽的网格单元。结果表明，特定的三阶 LTS 格式（LTS3）产生的海面高度（SSH）解质量可与经典四阶四步 Runge-Kutta 方法（RK4）在同网格上采用均匀时间步长所产生的解相媲美。此外，LTS3 在最佳情况下可提速达 35%，表明 LTS 格式可用于 MPAS-O，并具有显著降低计算成本的额外好处。这些性能实验的结果使我们了解到 LTS 格式高效网格设计的要求。特别地，我们发现要使 LTS 在给定网格上高效，使用粗时间步长的单元相对于使用细时间步长的单元需足够多，通常至少 1:5。
引用
@article{arxiv.2207.13643,
title = {Storm Surge Modeling as an Application of Local Time-stepping in MPAS-Ocean},
author = {Jeremy R. Lilly and Giacomo Capodaglio and Mark R. Petersen and Steven R. Brus and Darren Engwirda and Robert L. Higdon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.13643},
year = {2023}
}