We systematically validate the static local mesh refinement capabilities of a recently proposed IMEX-DG scheme implemented in the framework of the deal.II library. Non-conforming meshes are employed in atmospheric flow simulations to increase the resolution around complex orography. A number of numerical experiments based on classical benchmarks with idealized as well as real orography profiles demonstrate that simulations with the refined mesh are stable for long lead times and no spurious effects arise at the interfaces of mesh regions with different resolutions. Moreover, correct values of the momentum flux are retrieved and the correct large-scale orographic response is established. Hence, large-scale orography-driven flow features can be simulated without loss of accuracy using a much lower total amount of degrees of freedom. In a context of spatial resolutions approaching the hectometric scale in numerical weather prediction models, these results support the use of locally refined, non-conforming meshes as a reliable and effective tool to greatly reduce the dependence of atmospheric models on orographic wave drag parametrizations.


翻译:我们系统验证了近期提出的IMEX-DG格式在deal.II库框架中实现的静态局部网格细化能力。在大气流动模拟中采用非一致网格,可提升复杂地形区域的分辨率。基于理想化及真实地形剖面的经典基准测试表明:细化网格的模拟在长预报时效下保持稳定,且不同分辨率网格区域界面处未出现伪效应。动量通量计算值准确,大尺度地形响应正确建立。因此,在总自由度大幅降低的情况下,仍能无精度损失地模拟大尺度地形驱动流场特征。随着数值天气预报模型空间分辨率趋近百米尺度,这些结果支持将局部细化的非一致网格作为可靠工具,显著降低大气模型对地形波拖曳参数化的依赖性。

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