Several Unresolved Issues in Numerical Modelling of Geophysical Flows

ABSTRACT

This paper discusses several issues in the numerical modelling of atmospheric flow which have been left unresolved. These include the influence of partial model resolution of features that are represented in a model by only a few grid points and the implication of this inadequacy in terms of the parametrization of subgrid-scale processes. As a result of nonlinear interactions, this lack of resolution requires the introduction of new parametrization techniques such as “backscatter”, as well as an assessment of the predictability and parametrizability of atmospheric flows as a result of the limited spatial resolution. Examples of these issues are presented in the paper. Among the conclusions is that for large eddy simulations a stochastic subgrid-scale parametrization is needed, while for well-defined surface forced mesoscale systems such as sea breezes, an ensemble-based subgrid-scale representation is adequate. Also introduced in this paper is an additional physical realism to atmospheric models (i.e., the compressibility effect) which provides an additional modelling degree of freedom to internal and externally imposed perturbations.

RÉSUMÉ

On examine plusieurs problèmes de modélisation numérique de l'écoulement atmosphérique qui sont encore sans solution. Parmi ceux-ci, l'influence de la résolution partielle par le modèle d'entités représentées par seulement quelques points de grille et la et répercussion de cette insuffisance en termes de paramétrage des processus d'échelle inférieure à la maille. À cause des interactions non linéaires, ce manque ce résolution demande l'introduction de nouvelles techniques de paramétrage, la «rétrodiffusion» p. ex., ainsi qu'une évaluation de la possibilité de prévision et de paramétrage des écoulements atmosphériques tenant compte de la résolution spatiale limitée. Dans cet article on expose des exemples de ces problèmes. On trouve qu 'un paramétrage stochastique de l'échelle inférieure à la maille est nécessaire pour les simulations de grands tourbillons alors que pour des systèmes bien définis de mésoéchelle forcés par la surface, tels que les brises de mer, une représentation de l'échelle inférieure à la maille basée sur un ensemble est adéquate. On introduit aussi un réalisme physique supplémentaire dans les modèles atmosphériques (p.ex., effet de compressibilité) qui fournit un degré de liberté supplémentaire de modélisation pour les perturbations internes et celles imposées de l'extérieur.