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

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.