在数值天气预报中,静水解算器与非静水解算器的应用有哪些?-地江南体育网页版球科学堆栈交换江南电子竞技平台 最近30个来自www.hoelymoley.com 2023 - 04 - 06 - t18:46:45z //www.hoelymoley.com/feeds/question/2257 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/rdf //www.hoelymoley.com/q/2257 19 在数值天气预报中,静水解算器与非静水解算器的应用有哪些? decvalts //www.hoelymoley.com/users/662 2014 - 07 - 11 - t23:35:58z 2015 - 01 - 14 t20:00:52z 在大气动力学研究社区,我的许多同事都使用具有<强>非静水方程求解器的大气模型,例如英国metooffice模型,和WRF-ARW:

ARW的方程集是完全可压缩的,欧拉和非静水…

还有另一组模型默认使用流体静力求解器(例如ECMWF),并大概对地球大气做出以下假设。流体静力平衡描述了一种大气状态,在这种状态下,向上导向的压力梯度力(压力随高度而减小)与向下导向的地球引力平衡。平均而言,地球的大气总是接近流体静力平衡。< / p >

My question is what are the applications of each type of solver, i.e. when would you chose to use a non-hydrostatic model over a hydrostatic one? (which is presumably less computationally expensive?)

//www.hoelymoley.com/questions/2257/-/2258#2258 16 流体静力解算器与非静力解算器在数值天气预报中的应用是什么? 凯西 //www.hoelymoley.com/users/64 2014 - 07 - 12 - t02:40:10z 2014 - 07 - 12 - t02:40:10z 流体静力学近似从完整的三维动量方程(Navier-Stokes)开始,通过尺度分析,垂直动量方程简化为:

$$\dfrac{\partial p}{\partial z} = -\rho g$$

这是垂直压力梯度力和重力之间的平衡,没有净加速度。这往往适用于宽于高的大气现象。在天气尺度上,垂直运动的量级为1厘米^{-1}美元,这是成立的,但在雷暴中,上升气流的速度可以达到100米^{-1}美元,这种近似不成立。水静力模型使用水静力近似来代替$w$的方程,而非水静力模型使用动量方程来代替$w$。正如你所链接到的ECMWF页面所建议的那样,低网格分辨率的模型可以使用流体静力近似。一个dx=dy=10 km的模型意味着网格体积为100 km$^{2}$乘以垂直网格间距。网格框的$w$值需要代表整个体积,并且您不会在这个分辨率下显式地解析对流(对流将被参数化,通常模型只能解析比网格间距大4倍的特征)。

当您减小网格间距(提高分辨率)并开始解决非静力流体特征(雷暴上升气流、下降气流等)时,您需要确保使用的是非静力流体求解器。对于使用WRF-NMM, WRF-ARW, CM1, ARPS的中尺度高分辨率操作区域建模和研究建模,你会发现非流体静力求解器。非流体静力解算器比流体静力解算器的计算成本更高,并且通常在高分辨率模型中发现,这些模型本身比粗网格的计算成本更高。< / p >

//www.hoelymoley.com/questions/2257/-/4264#4264 13 静水解算器与非静水解算器在数值天气预报中的应用是什么? 等密度线振荡 //www.hoelymoley.com/users/200 2015 - 01 - 14 t06:06:52z 2015 - 01 - 14 t20:00:52z 这是我最喜欢的流体静力和非流体静力代码之间的区别的例子。这个模拟描述了一个锁交换,如果你住在一个寒冷的地方,现在是冬天,你可以想象打开你的窗户。在你的房子里,空气可能比外面温暖。因此,当你打开窗户时,较冷(较重)的空气会下降,在暖空气(较轻)的下方溢出屋内,暖空气(较轻)则溢出屋外。< / p >

In this simulation there are two fluids with different densities initially separated by a vertical imaginary gate (lock) at the center of the domain which is "removed" when the simulation begins. The heavier (colder) fluid is on the right and moves to the left under the lighter (warmer) fluid.

Because the hydrostatic simulation does not use the momentum equation in the vertical direction, it is not able to capture features for which the horizontal and vertical length scales are on the same order of magnitude. In this example, despite the resolution being the same between (a) and (b), only the non-hydrostatic code is able to capture the Kelvin-Helmholtz billows. However, the hydrostatic code can also be valuable. In this case, it is 8 times faster and it captures the large scale features of the flow such as the bore speed and interface thickness.

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