高阶正定守恒的中心约束多矩有限体积平流模式

• 作者: 周立隆 唐杰 朱克云 李兴良 李泽椿 沈学顺 肖锋 舒谦 陈春刚
• 来源期刊: 气象学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 平流方案 多矩有限体积法 正定守恒 高精度方案
• 年，卷（期）: 2020,（4）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 665-678
• 页数: 14页
• 分类号: P435
• 字数: 6858字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11676/qxxb2020.039

摘要

采用新的均匀三点中心约束多矩有限体积方法(3-point Multi-moment Constrained finite-Volume scheme for Uniform Points with Center Constraints,MCV3_UPCC),发展了一个三阶正定守恒的平流模式.三点多矩有限体积方法在单网格内定义等距的3个自由度,采用多矩约束条件并通过控制方程获得时间演变方程.新的三点中心约束多矩方法能在单网格内采用等距的3个点值及中心一阶、二阶导数作为约束条件进行空间4次多项式数值重构,获得3个自由度的时间演变方程;所构建的新数值方案具有三阶精度,边界通量连续性保证了其数值严格守恒.为了抑制该方法的非物理数值振荡,引入了边界保型限制器技术,它能够把数值解控制在既定物理场最小值(最小值为0时则保持数值正定)与最大值之间.数值试验表明新发展的三阶平流模式具有良好的计算精度,能够严格保持数值解的正定性和守恒性,同其他高精度平流模式相当,在实际大气模式水汽等平流输送应用中具备良好的发展潜力.