典型非球形冰晶粒子的凝华增长数值模拟试验

在凝华增长过程中,冰晶的形状随着温度和湿度的改变而改变,准确模拟冰晶粒子的演变对于提高云模式的模拟能力起着非常重要的作用。在现有的云模式中,冰晶形状通常假设为球形,而在实际大气中,冰晶形状十分复杂。本研究中,我们根据冰晶凝华增长理论模型建立了一个单个冰晶粒子增长模型,模拟了温度分别为-1°C^-30°C时,单个典型非球形冰晶粒子的凝华增长过程。与风洞观测数据相对比,该模型能够抓住单个冰晶粒子的轴长,质量以及纵横比随温度和湿度的变化过程。我们进一步将该理论增长模型应用到群粒子的凝华增长过程的模拟。我们釆用欧拉二维正定平流输送法(MPDATA)模拟了典型非球形冰晶群粒子的凝华增长,并对比分析了在不同纵横比分辨率下的模拟效果以及温度变化对冰晶形状的影响,结果表明运用该数值方法可以合理地模拟出群粒子在凝华增长过程中纵横比的演变。与目前采用的拉格朗日—欧拉混合平流算法比较,该算法能够耦合到欧拉动力框架下的分档云模式中去,这对我们研究冰晶粒子形状对云微物理过程和动力过程的影响,以及它们对冰粒子凝华增长的反馈作用具有非常重要的科学意义。

非结构有限体积法海洋模式垂向计算的一种改进方法

多维正定平流输运算法(MPDATA)通过迭代计算反向虚拟平流,在达到二阶精度的同时保证保守量正定性。基于非结构有限体积法的海岸和海洋模型(FVCOM),设计了一个耦合MPDATA和通量修正格式(FCT)的方法,并与水平方向有限体积法兼容。通过两个数值试验,将新方法FVCOM模型与原始FVCOM模型计算结果进行了比较。结果表明,MPDATA方法在一定程度上消除了FVCOM海洋模型原有格式引起的振荡,而MPDATA和FCT耦合方法严格保证了FVCOM计算结果正定性,同时保留了原有计算精度。