توسعه هسته دینامیکی یک مدل گردش کلی جو در مختصه قائم سیگما - پی

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک، بخش فیزیک فضا، دانشگاه یزد

2 استاد گروه آموزشی فیزیک فضا

3 استادیار، دانشکده فیزیک - بخش اتمی مولکولی

10.30467/nivar.2019.101431

چکیده

توسعه نسخه های مختلف هسته های دینامیکی و مقایسۀ نتایج بین آنها، کمک زیادی در ارزیابی نتایج دارد. به همین دلیل اکثر مدل های گردش کلی جو در ساختارهای قائم و شبکه بندی های متفاوت گسترش می یابند. در پژوهش حاضر نتایج مدل گردش کلی جوّ ساخته شده بر مبنای الگوریتم فرابرد پربندی نیمه-لاگرانژی بادررو در مختصه قائم سیگما-پی ارائه می گردد. الگوریتمی بر مبنای استفاده از نمایش پربندی برای یک کمّیت بنیادی دینامیکی مانند تاوایی پتانسیلی می‌باشد که پیش تر در روند ساخت مدل گردش کلی جو، برای معادلات بسیط آب کم عمق و همچنین آب کم عمق چندلایه ای بوسینسک، و نیز برای معادلات بسیط چندلایه ای نابوسینسک در مختصه قائم هیبریدی سیگما-تتا روی کره و تحت شبکه بندی چارنی- فیلیپس به کار رفته است. در این مقاله هسته دینامیکی مدل در مختصه قائم سیگما - پی بر مبنای شبکه بندی های لورنتس و چارنی – فیلیپس مقایسه خواهد شد. به منظور ارزیابی و مقایسه هسته های دینامیکی از آزمون توسعه موج کژفشار یابلونسکی – ویلیامسون (2006) برای میدان های مختلف مدل استفاده شده است و در پایان مقایسه ای کیفی و کمی با چند هسته دینامیکی مدل های مرجع جهانی انجام شده است. این مقایسه نشان می دهد مشکل آغازگری موجود در مختصه قائم سیگما - تتا، در مختصه سیگما-پی ازبین می رود و جواب ها به جواب بهینه نزدیک تر و خطاها کمتر می شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Developing dynamical core of a GCM in Sigma-Pressure vertical coordinate

نویسندگان [English]

  • Reza Laghaei Zadeh Ardestani 1
  • Ali Reza Moheb Al Hojah 2
  • Mohammad Joghataei 3
2 Associate Professor, Department of Space Physics
3 Assistant Professor, Physics Department - Atomic and Molecular
چکیده [English]

Developing atmospheric General Circulation Models (GCMs) and, in particular, their dynamical cores are important steps towards future model improvements. For this reason, most GCMs of the atmosphere are developed in various vertical coordinates and grids. The diabatic contour-advective semi-Lagrangian method (DCASL) is an algorithm based on the use of contour representation for a fundamental dynamic quantity such as a potential vorticity. Previously, DCASL algorithms have been constructed for the shallow-water and multilayer Boussinesq primitive equations and also multilayer non-Boussinesq equations on the sphere using a hybrid terrain-following–isentropic (Sigma-Theta) vertical coordinate on the Charney-Philips grid (CP-grid). In this research, the results of the dynamical core constructed based on the DCASL algorithm are presented for the hybrid terrain-following–pressure (Sigma-P) vertical coordinate and compared with the results in the previously constructed model in coordinate. Also in this study, the performance of the coordinate models constructed using the CP-grid and the Lorenz grid (L-grid) are compared. For assessment and comparison of the dynamical cores in representations of different fields, we have used the baroclinic instability test case introduced by Jablonowski and Williamson in 2006. Qualitative and quantitative comparisons have been made with the results of four dynamical cores of global reference models (three hydrostatic dynamical cores that are parts of NCAR’s Community Atmosphere Model version 3 (CAM3) and also the dynamical core of the operational weather forecast model GME at the German Weather Service (DWD)). The comparisons show that the initialization problem present in the Sigma-Theta vertical coordinate in this test case is removed by the use of the Sigma-P vertical coordinate and thus results become ever closer to the references solutions. Also results of the Sigma-P vertical coordinate in the Lorenz grid for this dynamical core have the least difference with the reference results in the first 15 days of the test case.

کلیدواژه‌ها [English]

  • GCM
  • sigma–pressure vertical coordinate
  • Dynamical core
  • Charney-Philips grid
  • Lorenz grid
  • DCASL algorithm
  • Baroclinic wave test case