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Modelling atmospheric flows with adaptive moving meshes

Kühnlein, Christian und Smolarkiewicz, Piotr K. und Dörnbrack, Andreas (2012) Modelling atmospheric flows with adaptive moving meshes. Journal of Computational Physics, 231, Seiten 2741-2763. DOI: 10.1016/j.jcp.2011.12.012.

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Offizielle URL: http://www.elsevier.com/locate/jcp

Kurzfassung

An anelastic atmospheric flow solver has been developed that combines semi-implicit nonoscillatory forward-in-time numerics with a solution-adaptive mesh capability. A key feature of the solver is the unification of a mesh adaptation apparatus, based on moving mesh partial differential equations (PDEs), with the rigorous formulation of the governing anelastic PDEs in generalised time-dependent curvilinear coordinates. The solver development includes an enhancement of the flux-form multidimensional positive definite advection transport algorithm (MPDATA) — employed in the integration of the underlying anelastic PDEs — that ensures full compatibility with mass continuity under moving meshes. In addition, to satisfy the geometric conser vation law (GCL) tensor identity under general moving meshes, a diagnostic approach is proposed based on the treatment of the GCL as an elliptic problem. The benefits of the solution-adaptive moving mesh technique for the simulation of multiscale atmospheric flows are demonstrated. The developed solver is verified for two idealised flow problems with distinct levels of complexity: passive scalar advection in a prescribed deformational flow, and the life cycle of a large-scale atmospheric baroclinic wave instability showing fine-scale phenomena of fronts and internal gravity waves.

Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Modelling atmospheric flows with adaptive moving meshes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-Adresse der Autoren
Kühnlein, Christian DLR
Smolarkiewicz, Piotr K. NCAR, Boulder, CO, USA
Dörnbrack, Andreas DLR
Datum:2012
Erschienen in:Journal of Computational Physics
Referierte Publikation:Ja
In Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:231
DOI :10.1016/j.jcp.2011.12.012
Seitenbereich:Seiten 2741-2763
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Adaptive moving mesh; Multiscale atmospheric flow; Geometric conservation law; Non-oscillatory forward-in-time scheme
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr, Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr, Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr, Raumfahrt, Luftfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung, Erdbeobachtung, ATM und Flugbetrieb
DLR - Schwerpunkt:Verkehr, Raumfahrt, Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:V - keine Zuordnung, R EO - Erdbeobachtung, L AO - Luftverkehrsmanagement und Flugbetrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V -- keine Zuordnung, R - Vorhaben Atmosphären- und Klimaforschung, L - Klima, Wetter und Umwelt
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik und Verkehrsmeteorologie
Hinterlegt von: Jana Freund
Hinterlegt am:09 Feb 2012 16:41
Letzte Änderung:26 Mär 2013 13:37

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