We assess the performance of a set of local time-stepping schemes for the shallow water equations implemented in the global ocean model MPAS-Ocean. The availability of local time-stepping tools is of major relevance for ocean codes such as MPAS-Ocean, which rely on a multi-resolution approach to perform regional grid refinement, for instance in proximity of the coast. In presence of variable resolution, the size of the time-step of explicit numerical integrators is bounded above by the size of the smallest cell on the grid, according to the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition. This constraint means that the time-step size used in low resolution regions must be the same as the one used in high resolution regions, resulting in an unnecessary computational effort. Local time-stepping, on the other hand, allows one to select different time-step sizes according to local, rather than global, CFL conditions, resulting in a more tailored integration process and reduced computational times. The present work is a preliminary but necessary effort aimed at paving the way for a more comprehensive work on local time-stepping for the primitive equation set with realistic geography.


翻译:我们评估了全球海洋模型(MPAS-Ocean)中实施的一套浅水方程式当地时间分步办法的绩效。当地时间分步办法的可用性对于海洋法规(如MPAS-Ocean)具有重大意义,例如,海洋模型(MPAS-Ocean)依赖多分辨率方法来进行区域网格的完善,例如,在海岸附近。在有可变分辨率的情况下,明确数字集成者的时间分步办法的大小受网格中最小单元的大小所限制,根据Curant-Friedrichs-Lewy (CFL) 的条件。这一限制意味着低分辨率区域使用的时间分步办法的规模必须与高分辨率区域所用的相同,从而导致不必要的计算努力。另一方面,地方时间分步办法允许根据当地而非全球的CFL条件选择不同的时间段大小,导致更有针对性的集成过程和减少计算时间。目前的工作是一项初步但必要的努力,目的是为更全面的当地时间段工作铺平方形的原始方程地理。

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