Nome do Projeto
Esquemas numéricos de modelagem atmosférica
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
06/04/2023 - 06/04/2027
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
A construção de esquemas numéricos para modelagem atmosférica é uma das atividades principais de vários centros de estudo da atmosfera e oceano. A parte essencial de qualquer modelo numérico da atmosfera é o seu núcleo dinâmico, ou seja, a aproximação da parte dinâmica desses modelos, baseada nas diferentes versões de equações de Euler. A tendência corrente nessa área é desenvolver os modelos baseados nas equações não hidrostáticas da atmosfera. Devido a complexidade dessas equações, as técnicas da sua aproximação numérica, também, são bastante sofisticadas, envolvendo as técnicas de discretização semi-implícita e de separação de processos. As duas técnicas são bastante flexíveis e podem ser utilizadas em diferentes formas, fornecendo assim o grande campo para pesquisa e melhoramento de propriedades de esquemas numéricos. A pesquisa proposta pretende colaborar neste campo de estudo via construção de um esquema eficiente de modelagem atmosférica, análise teórica das suas propriedades e realização de experimentos com campos atmosféricos.
Objetivo Geral
Estudar técnicas numéricas que podem ser aplicadas efetivamente nos modelos atmosféricos mais avançados e complexos baseados nas equações não hidrostáticas que atualmente estão em uso crescente na modelagem atmosférica e previsão numérica do tempo de várias escalas. Com base na teoria desenvolvida, elaborar um algoritmo eficiente para previsão numérica de campos atmosféricos, tais como pressão, temperatura e vento. Realizar o estudo teórico de propriedades de aproximação e estabilidade do esquema. Avaliar a eficiência do modelo desenvolvido em termos de qualidade de campos prognósticos e de recursos computacionais requeridos.
Justificativa
As necessidades de utilização de grades mais finas com soluções mais precisas de diferentes escalas estimulam diversos estudos com o objetivo de aprimorar os modelos atmosféricos, em particular, otimizar os métodos numéricos da solução da parte dinâmica dos modelos, levando em conta a especificidade dos processos atmosféricos em questão e aplicando as mais eficientes técnicas numéricas disponíveis no momento para resolução de diferentes partes dos esquemas.
Metodologia
Nessa pesquisa, pretende-se aplicar a separação espacial no contexto de um esquema semi-implícito que possibilita aproximação com requerido grau de precisão e uso de passos temporais bastante grandes, comparáveis com as demandas de resolução de processos atmosféricos principais (sistemas do tempo). Primeiro, os modos verticais do modelo não hidrostático serão divididos em dois grupos de acordo com a velocidade característica da sua propagação. Os mais rápidos, que normalmente contêm a parte principal da energia atmosférica, serão aproximados com maior grau de implicidade para evitar a necessidade de usar os passos temporais muito pequenos, o que reduz a eficiência do esquema. Os modos verticais mais lentos, que não impõem a limitação rígida sobre passo temporal, serão discretizados do modo mais explícito para evitar os custos adicionais relativos a solução de sistemas de equações que resultam da aproximação implícita. Em termos de ordem de aproximação, a separação vertical possibilita usar a aproximação menos precisa para os modos normais lentos e pouco significantes, o que pode contribuir na diminuição de custo computacional sem perda da precisão na descrição dos processos principais.
Indicadores, Metas e Resultados
Pretende-se construir um esquemas semi-Lagrangiano semi-implícito com separação pelos modos verticais e investigar suas propriedades de eficiência computacional e precisão de campos prognósticos. Pretende-se realizar estudo teórico das propriedades de aproximação, estabilidade e precisão do esquema construido. Pretende-se também realizar experimentos computacionais com campos atmosféricos para avaliar as propriedades do esquema elaborado.
O conjunto de elementos de aproximação numérica que pretende-se desenvolver neste esquema poderia ser aplicado para núcleo dinâmico de qualquer modelo não hidrostático de modelagem atmosférica permitindo reduzir as demandas computacionais e introduzir as grades mais finas para uma previsão atmosférica mais detalhada e precisa.
O conjunto de elementos de aproximação numérica que pretende-se desenvolver neste esquema poderia ser aplicado para núcleo dinâmico de qualquer modelo não hidrostático de modelagem atmosférica permitindo reduzir as demandas computacionais e introduzir as grades mais finas para uma previsão atmosférica mais detalhada e precisa.
Equipe do Projeto
| Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
|---|---|---|---|
| ANDREI BOURCHTEIN | 16 | ||
| GEILSON DE ALMEIDA SOARES | |||
| GUSTAVO WEIRICH CORRÊA |