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On numerical broadening of particle-size spectra: a condensational growth study using PyMPDATA 1.0

Olesik, Michael A. und Banaśkiewicz, Jakub und Bartman, Piotr und Baumgartner, Manuel und Unterstraßer, Simon und Arabas, Sylwester (2022) On numerical broadening of particle-size spectra: a condensational growth study using PyMPDATA 1.0. Geoscientific Model Development, 15 (9), Seiten 3879-3899. Copernicus Publications. doi: 10.5194/gmd-15-3879-2022. ISSN 1991-959X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
10MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.5194/gmd-15-3879-2022

Kurzfassung

This work discusses the numerical aspects of representing the condensational growth of particles in models of aerosol systems such as atmospheric clouds. It focuses on the Eulerian modelling approach, in which fixed-bin discretisation is used for the probability density function describing the particle-size spectrum. Numerical diffusion is inherent to the employment of the fixed-bin discretisation for solving the arising transport problem (advection equation describing size spectrum evolution). The focus of this work is on a technique for reducing the numerical diffusion in solutions based on the upwind scheme: the multidimensional positive definite advection transport algorithm (MPDATA). Several MPDATA variants are explored including infinitegauge, non-oscillatory, third-order terms and recursive antidiffusive correction (double-pass donor cell, DPDC) options. Methodologies for handling coordinate transformations associated with both particle-size spectrum coordinate choice and with numerical grid layout choice are expounded. Analysis of the performance of the scheme for different discretisation parameters and different settings of the algorithm is performed using (i) an analytically solvable box-model test case and (ii) the single-column kinematic driver (“KiD”) test case in which the size-spectral advection due to condensation is solved simultaneously with the advection in the vertical spatial coordinate, and in which the supersaturation evolution is coupled with the droplet growth through water mass budget.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/191851/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:On numerical broadening of particle-size spectra: a condensational growth study using PyMPDATA 1.0
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Olesik, Michael A.Jagiellonian University, Kraków, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Banaśkiewicz, JakubJagiellonian University, Kraków, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartman, PiotrJagiellonian University, Kraków, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumgartner, ManuelUniversität Mainz, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Unterstraßer, SimonDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-3772-3678NICHT SPEZIFIZIERT
Arabas, SylwesterUniversity of Illinois, Urbana, IL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
Erschienen in:Geoscientific Model Development
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:15
DOI:10.5194/gmd-15-3879-2022
Seitenbereich:Seiten 3879-3899
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1991-959X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Kondensationswachstum, Numerik, Größenverteilung
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Luftverkehr und Auswirkungen
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AI - Luftverkehr und Auswirkungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Klima, Wetter und Umwelt
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Verkehrsmeteorologie
Hinterlegt von: Unterstraßer, Dr. Simon
Hinterlegt am:07 Dez 2022 13:13
Letzte Änderung:13 Dez 2022 15:15

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