Performance of One-Way and Two-Way Nesting Techniques Using the Shelf Circulation Modelling System for the Eastern Canadian Shelf

Abstract

The performance of one-way and two-way nesting techniques is assessed in this study using model results produced by a regional ocean circulation modelling system for the eastern Canadian shelf. The assessment is made in terms of dynamical consistency between the parent model (PM) and child model (CM), representation of general circulation features, and reduction of numerical noise generated during the interaction of the PM and CM. It is demonstrated that the feedback from the CM to the PM in numerical experiments using two-way nesting ensures that the large-scale circulation produced by the PM and CM be dynamically consistent over the region where the two model domains overlap. In comparison with one-way nesting, two-way nesting leads to a better representation of coastal currents over the Gulf of St. Lawrence and the Scotian Shelf and improves the large-scale circulation in the results produced by the PM. This study also examines an alternative two-way nesting technique based on the semi-prognostic method in which differences between the PM and CM densities are used to adjust the horizontal momentum balance in the PM. Model results demonstrate the advantage of the semi-prognostic method in eliminating numerical noise during the feedback from the CM to PM while ensuring dynamical consistency between the two model components.

Résumé

[Traduit par la rédaction] Nous examinons l'effet de techniques unidirectionnelles et bidirectionnelles d'imbrication, à l'aide de résultats de modèles provenant d'un système régional de modélisation de la circulation océanique, pour le plateau est du Canada. L’évaluation porte sur la cohérence dynamique entre les modèles parent (PM) et enfant (CM), la représentation de caractéristiques générales de la circulation et la réduction du bruit numérique que génère l'interaction entre le PM et le CM. Il en ressort que la rétroaction du modèle enfant sur le modèle parent, dans les expériences numériques avec imbrication bidirectionnelle, assure la cohérence dynamique de la circulation que produisent les deux modèles, pour la région où leurs domaines se chevauchent. En comparaison avec l'imbrication unidirectionnelle, l'imbrication bidirectionnelle représente mieux les courants côtiers dans le golfe du Saint-Laurent et sur le plateau néo-écossais. Elle améliore aussi la circulation à grande échelle que produit le modèle parent. En outre, cette étude porte sur une technique d'imbrication bidirectionnelle fondée sur la méthode semi-pronostique (SPM), pour laquelle les différences de densité entre le PM et le CM servent à équilibrer la quantité de mouvement horizontal. Les résultats de la modélisation montrent la supériorité du SPM, qui élimine le bruit numérique durant la rétroaction du CM vers le PM, tout en maintenant la cohérence dynamique entre les deux composantes du modèle.

Keywords:

• one-way nesting
• two-way nesting
• semi-prognostic method
• eastern Canadian shelf
• nested-grid ocean model

Acknowledgements

We wish to thank the anonymous reviewers for very constructive comments and suggestions. We also wish to thank Laurent Debreu for his helpful insights into the AGRIF algorithm and Pierre Larouche for providing remotely sensed data. This study utilized ACEnet computational resources.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Additional information

Funding

This study was funded by the Ocean Tracking Network Canada (OTN), the Marine Environmental Observation Prediction and Response Network (MEOPAR), the Natural Sciences and Engineering Council of Canada (NSERC), and the Lloyd's Register Foundation (LRF); LRF helps to protect life and property by supporting engineering-related education, public engagement, and the application of research.