Modelagem numérica de fluídos geofísicos em malhas geodésicas

• Processo: 14/10750-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 04 de fevereiro de 2015
• Data de Término da vigência: 03 de fevereiro de 2016
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Geociências - Meteorologia
• Pesquisador responsável: Pedro da Silva Peixoto
• Beneficiário: Pedro da Silva Peixoto
• Pesquisador Anfitrião: John Thuburn
• Instituição Sede: Instituto de Matemática e Estatística (IME). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of Exeter, Exeter, Inglaterra
• Assunto(s): Previsão numérica do tempo Modelos matemáticos Método dos volumes finitos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: equações de água rasa | malhas geodésicas icosaédricas | Método de Volumes Finitos | modelo global | Multigrid | Previsão Numérica Do Tempo | Previsão numérica do tempo

Resumo

Modelagens numéricas para a previsão do tempo e clima sobre a esfera adotam, historicamente, malhas do tipo latitude - longitude. Nestas malhas, as singularidades nos polos resultam em anisotropias que prejudicam a eficiência computacional em máquinas modernas massivamente paralelas. Diversos grupos de pesquisa têm investigado alternativas, considerando malhas mais uniformes para a esfera. Uma das abordagens mais promissoras parece ser o uso de malhas geodésicas, com células geodésicas poligonais. Uma etapa importante no desenvolvimento de um modelo de previsão do tempo é o estudo dos métodos numéricos em modelos simplificados, como as equações de água rasa, que descrevem os principais movimentos horizontais da atmosfera. Apesar de existirem diversos trabalhos de resolução numérica das equações de água rasa em malhas geodésicas, não há consenso sobre o tipo de método a ser adotado. Uma abordagem eficiente é uso de métodos de volumes finitos que possuam boas propriedades miméticas, como o método proposto em Thuburn et al 2009. A precisão dessa abordagem é muito baixa, essencialmente devido a sua dependência com a geometria das células. Apesar disto, o método vem sendo usado com sucesso, por exemplo, no modelo MPAS (Skamarock et al (2012)). Com base em trabalhos anteriores (Peixoto e Barros (2013), Peixoto e Barros (2014)), em que analisamos relações entre a geometria das células computacionais e discretizações por volumes finitos, acreditamos que seja possível aprimorar o método de Thuburn et al (2009). Uma outra abordagem interessante, ainda pouco explorada, é o uso de métodos semi-lagrangianos semi-implícitos, que tem sido usado com muito sucesso em modelos espectrais e de malhas do tipo latitude-longitude. Desenvolvemos em Peixoto (2013) um modelo de transporte semi-lagrangiano para malhas geodésicas icosaédricas e os resultados mostram evidências de que essa metodologia tem um grande potencial em malhas geodésicas. Pretendemos atuar nessas duas frentes por um ano junto ao Prof. John Thuburn e o grupo do projeto GungHo, que atualmente trabalham na próxima geração de modelo inglês de previsão do tempo em malhas quase uniformes. O estágio será realizado na Universidade de Exeter, contando com colaborações com o Met Office e outras universidades envolvidas no projeto GungHo. (AU)

Publicações científicas

(5)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

PEIXOTO, PEDRO S.. Accuracy analysis of mimetic finite volume operators on geodesic grids and a consistent alternative. Journal of Computational Physics, v. 310, p. 127-160, APR 1 2016. (14/10750-0)

BELL, MICHAEL J.; PEIXOTO, PEDRO S.; THUBURN, JOHN. Numerical instabilities of vector-invariant momentum equations on rectangular C-grids. QUARTERLY JOURNAL OF THE ROYAL METEOROLOGICAL SOCIETY, v. 143, n. 702, p. 19-pg., 2017-01-01. (14/10750-0)

BELL, MICHAEL J.; PEIXOTO, PEDRO S.; THUBURN, JOHN. Numerical instabilities of vector-invariant momentum equations on rectangular C-grids. QUARTERLY JOURNAL OF THE ROYAL METEOROLOGICAL SOCIETY, v. 143, n. 702, A, UNDEFINED, UNDEFINED, p. 563-581, JAN 2017. (14/10750-0)

SCHREIBER, MARTIN; PEIXOTO, PEDRO S.; HAUT, TERRY; WINGATE, BETH. Beyond spatial scalability limitations with a massively parallel method for linear oscillatory problems. INTERNATIONAL JOURNAL OF HIGH PERFORMANCE COMPUTING APPLICATIONS, v. 32, n. 6, SI, p. 913-933, NOV 2018. (14/10750-0)

SCHREIBER, MARTIN; PEIXOTO, PEDRO S.; HAUT, TERRY; WINGATE, BETH. Beyond spatial scalability limitations with a massively parallel method for linear oscillatory problems. INTERNATIONAL JOURNAL OF HIGH PERFORMANCE COMPUTING APPLICATIONS, v. 32, n. 6, p. 21-pg., 2018-11-01. (14/10750-0)