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在大气动力学研究社区,我的很多同事使用大气模型中尺度动力学方程,例如英国MetOffice模型,WRF-ARW:
方程为ARW完全可压缩,欧拉和nonhydrostatic……
有使用另一组模型流体静力学解算器在默认情况下(如。ECMWF),大概做以下假设地球大气层。
流体静力学平衡描述的大气状态向上直接压力梯度力(压力随高度的减少)由downward-directed平衡地球的引力。平均地球大气层总是接近流体静力学平衡。
我的问题是每种类型的解算器的应用,即当你会选择使用中尺度模式在静水吗?(这可能是少计算昂贵的?)
静压近似始于完整的三维动量方程通过尺度分析(n - s)和垂直动量方程减少:
$ $ \ dfrac{\部分p}{\部分z} = - $ $ \ρg
这是一个平衡的垂直压力梯度和重力没有净的加速度。大气现象,这往往拥有更广泛的比他们高。综观尺度上垂直运动是1厘米的s $ ^{1}这持有美元,但在一个雷雨,上升气流可以达到时速100新元^{1}$这个近似是行不通的。
一个流体静力学模型使用静压近似方程的w美元,而中尺度模型使用w美元的动量方程。ECMWF页面链接显示,模型网格分辨率较低可以靠静压近似。模型与dx = dy = 10公里意味着网格体积是100公里$ ^{2}$乘以垂直网格间距。网格框的w美元值需要代表整个体积和您不会显式地解决对流在这个分辨率(对流参数化和一般模型只能解决功能4 x大于网格间距)。
当你减少网格间距(增加分辨率),开始解决中尺度特征(雷雨上升气流,气流等),那么您需要确保您正在使用一个中尺度的能手。高分辨率的操作区域建模和研究建模的中尺度使用WRF-NMM WRF-ARW, CM1, ARPS你会发现中尺度动力学。
中尺度解算器更比一个流体静力学求解器计算昂贵,而且往往出现在高分辨率模型本身是比粗网格计算昂贵。
这是我最喜欢的例子,静压和中尺度代码之间的区别。
仿真描绘了一个锁交换照片,你可以打开你的窗口如果你住在一个寒冷的地方,现在是冬天。在你的房子,大概,空气比外面暖和。当你打开窗户,空气冷却器(重)下面将下降,泄漏屋里温暖(轻)的空气泄漏你的房子外面。
在这个模拟有两个液体不同密度最初由一个垂直分开虚门(锁)的中心领域仿真开始时“删除”。右边的重(冷)流体和移动到左边轻流体(温暖)。
因为流体静力学仿真不使用垂直方向的动量方程,它不能捕获特性的横向和纵向长度尺度是在同一个数量级。在这个例子中,尽管该决议是相同的(a)和(b)之间,只有中尺度代码能够捕获Kelvin-Helmholtz巨浪。然而,流体静力学代码也很有价值。在这种情况下,它是8倍,它捕获的大尺度特征等流速度和界面厚度。
