Non-hydrostatic atmospheric models often use semi-implicit temporal discretisations in order to negate the time step limitation of explicitly resolving the fast acoustic and gravity waves. Solving the resulting system to convergence using Newton's method is considered prohibitively expensive, and so the non-linear solver is typically truncated to a fixed number of iterations, using an approximate Jacobian matrix that is reassembled only once per time step. Rather than simply using four iterations of a second order Crank-Nicolson time discretisation as is customary, the present article studies the impact of using various third-order, four stage Rosenbrock-Wanner schemes, where instead of a simple time centering, the integration weights are chosen to meet specific stability and order conditions. Rosenbrock-Wanner schemes present a promising alternative on account of their ability to preserve their temporal order with only an approximate Jacobian, and may be constructed to be stiffly-stable, a desirable property in the presence of fast wave dynamics across multiple scales. These schemes are compared to four iterations of a Crank-Nicolson scheme for the solution of the 2D rotating shallow water equations at the 3D compressible Euler equations at both planetary and non-hydrostatic scales are are shown to exhibit improved results in terms of their energetic profiles and stability.


翻译:非静力大气模型常采用半隐式时间离散格式,以规避显式处理快速声波和重力波时的时间步长限制。使用牛顿法迭代求解该方程组至收敛被认为计算成本过高,因此非线性求解器通常被截断为固定迭代次数,并采用每时间步仅重构一次的近似雅可比矩阵。本文并未沿用常规的二次Crank-Nicolson时间离散格式的四次迭代方案,而是系统研究了采用多种三阶四阶段Rosenbrock-Wanner格式的影响——这些格式通过选取满足特定稳定性与阶数条件的积分权重,取代了简单的时间中心化处理。Rosenbrock-Wanner格式因其在仅使用近似雅可比矩阵时仍能保持时间阶数的特性而展现出良好前景,且可构造为刚性稳定格式,这对于涉及多尺度快波动力学的系统而言是理想特性。研究将上述格式与四次迭代的Crank-Nicolson格式进行对比,分别求解行星尺度与非静力尺度下的二维旋转浅水方程组及三维可压缩欧拉方程组,结果表明:Rosenbrock-Wanner格式在能量特征与稳定性方面均展现出更优性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

Integration:Integration, the VLSI Journal。 Explanation:集成,VLSI杂志。 Publisher:Elsevier。 SIT:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/integration/
【2023新书】常微分方程的数值方法,134页pdf
专知会员服务
46+阅读 · 2023年2月22日
专知会员服务
16+阅读 · 2021年5月21日
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
MoCoGAN 分解运动和内容的视频生成
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月21日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月5日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
10+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员