The impact of advection schemes on restratifiction due to lateral shear and baroclinic instabilities
The impact of advection schemes on restratifiction due to lateral shear and baroclinic instabilities
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平流方案对侧向剪切和斜压不稳定性造成的再层化的影响
DOI：
10.1016/j.ocemod.2015.07.021
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
3.2
通讯作者：
H. Burchard
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mohammadi-Aragh;K. Klingbeil;N. Brüggemann;C. Eden;H. Burchard
本文定量的寄生耗散和混合的各种平流方案在理想化的实验中的横向剪切和斜压不稳定性的数值模拟的再入Eady通道的配置与大，小Rossby数。此外，一个二维正压切变不稳定的试验案例被用来检查数值耗散的动量平流隔离，没有任何斜压的影响。分析了平流方案对背景位能演化的影响以及抑制过程的动力学。动量和示踪剂的平流计划被认为是使用几种不同的方法，包括最近开发的本地耗散分析。作为高精度，但计算要求高的计划，我们采用韦诺和MP5，更有效的低阶总变差递减（TVD）计划，我们使用的SPL-max-1 - 3和三阶迎风计划。分析表明，MP5和SPL-max-1.3格式的计算精度最高。根据我们对计算成本的全面分析，MP5方案在我们的实现中大约贵2.3倍。与具有小Rossby数的配置相比，其中方案之间的显著差异是明显的，对于较大的Rossby数，不同的平流方案表现相似。高数值耗散区域与低网格雷诺数有关。本研究的主要结果是，一般正的全球数值耗散和正的背景势能演化延迟的再约束过程。
This paper quantifies spurious dissipation and mixing of various advection schemes in idealised experiments of lateral shear and baroclinic instabilities in numerical simulations of a re-entrant Eady channel for configurations with large and small Rossby numbers. In addition, a two-dimensional barotropic shear instability test case is used to examine numerical dissipation of momentum advection in isolation, without any baroclinic effects. Effects of advection schemes on the evolution of background potential energy and the dynamics of the restratification process are analysed. The advection schemes for momentum and tracers are considered using several different methods including a recently developed local dissipation analysis. As highly accurate but computationally demanding schemes we apply WENO and MP5, and as more efficient lower-order total variation diminishing (TVD) schemes we use among others the SPL-max-1 3 and a third-order-upwind scheme. The analysis shows that the MP5 and SPL-max-1 3 schemes provide the most accurate results. Following our comprehensive analysis of computational costs, the MP5 scheme is approximately 2.3 times more expensive in our implementation. In contrast to the configuration with a small Rossby number, in which significant differences between schemes are apparent, the different advection schemes behave similarly for a larger Rossby number. Regions of high numerical dissipation are shown to be associated with low grid Reynolds numbers. The major outcome of the present study is that generally positive global numerical dissipation and positive background potential energy evolution delay the restratification process.
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