Dinâmica Numérica em malhas esféricas de Voronoi para simulações com resolução de malha na "gray zone" de turbulência

• Processo: 23/00447-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Matemática - Matemática Aplicada
• Pesquisador responsável: Pedro da Silva Peixoto
• Beneficiário: Felipe Augusto Ventura de Bragança Alves
• Instituição Sede: Instituto de Matemática e Estatística (IME). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/06176-0 - Métodos numéricos para uma nova geração de modelos de previsão de tempo e clima, AP.PFPMCG.JP2
• Assunto(s): Métodos numéricos Previsão numérica do tempo Análise numérica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Malhas C-grid de Voronoi | métodos numéricos | Modelagem de turbulência | modelagem de turbulência na gray-zone | Previsão Numérica Do Tempo | Análise Numérica

Resumo

Os métodos numéricos usados em modelagem atmosférica interagem de modo diferentes com o modelo de turbulência sub-malha (modelo SGS) da simulação numérica.Sabe-se que o esquema numérico TRiSK usado no MPAS está sujeito à instabilidade de Hollingsworth, que leva ao aparecimento de ondas espúrias de pequena escala, na ordem do espaçamento da malha, que podem crescer em escala e contaminar escalas maiores, produzindo fenômenos semelhantes a fenômenos físicos, porém, inteiramente devidos a artefatos numéricos.Nos modelos SGS dinâmicos os campos obtidos na simulação são explicitamente filtrados para produzir o modelo SGS.Ao se usar o esquema TRiSK, os campos são potencialmente contaminados por artefatos numéricos e seus efeitos nos modelos SGS dinâmicos não são bem conhecidos.A interação entre o método numérico e o modelo SGS dinâmico também é provavelmente afetada pela proporção entre a resolução da malha e a escala de comprimento de turbulência do problema.Na região chamada "gray zone", o pico da energética da turbulência acontece na mesma ordem da escala de espaçamento da malha, onde ondas espúrias não físicas são potencialmente geradas pelo esquema TRiSK.Nesta configuração não se sabe se os efeitos prejudiciais dos artefatos numéricos no modelo SGS dinâmico são ampliados - uma vez que é gerado em escalas altamente relevantes para o modelo SGS -, ou se a natureza dissipativa do SGS atuará mais fortemente nas ondas espúrias, reduzindo assim os efeitos artificiais numéricos do modelo.Planejamos investigar essa interação entre o método numérico e o modelo de turbulência no MPAS em diferentes escalas, desde simulações de mesoescala até simulações LES - passando pela "gray zone" -, gerando insights para produzir um modelo de turbulência "consciente" do método numérico utilizado, ou, visto de outro modo, um método numérico "consciente" dos efeitos da turbulência.

Publicações científicas

(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)

GIRALDO, FRANCIS X.; ALVES, FELIPE A. V. DE BRAGANCA; KELLY, JAMES F.; KANG, SOONPIL; REINECKE, P. ALEX. A performance study of horizontally explicit vertically implicit (HEVI) time-integrators for non-hydrostatic atmospheric models. Journal of Computational Physics, v. 515, p. 22-pg., 2024-07-18. (23/00447-7)