Análise e desenvolvimento de métodos de volumes finitos para modelos da nova geração da dinâmica atmosférica baseados na esfera cubada

Resumo

O modelo atmosférico global FV3 do GFDL-NOAA-USA, inicialmente desenvolvido para malhas do tipo latitude-longitude, foi adaptado para a esfera cubada visando atingir melhor escalabilidade em supercomputadores massivamente paralelos. Entretanto, neste tipo de malhas estamos mais sujeitos à problemas como o grid imprinting. Além disso, o modelo carece de algumas propriedades miméticas, que são altamente desejáveis. Este projeto de doutorado propõe-se a analisar as propriedades das discretizações de volumes finitos utilizadas no modelo FV3 na esfera cubada. Iremos investigar como propriedades das células da esfera cubada interferem na precisão dos esquemas numéricos. O estudo irá começar com a implementação de um código para gerar a esfera cubada e calcular os operados discretos do FV3. Então, iremos analisar como a malha interfere nos modelos de águas rasas clássicos e com parametrização convectiva. Estudaremos as propriedades de dispersão e conservação do esquema visando propor modificações nos esquemas numéricos para o desenvolvimento de uma versão mimética do método. Em seguida, vamos desenvolver um refinamento local na esfera cubada e iremos ver o seu impacto na solução numérica. Por fim, como passo final no desenvolvimento 3D, iremos analisar e incluir a discretização lagrangiana vertical do modelo FV3 e verificar como os resultados obtidos na discretização horizontal podem impactar na solução do modelo tridimensional. (AU)