【原创】非反射边界条件简介

ztftom

Non-reflective Boundary Condition
之前在网上查，觉得在网上没有相关的介绍，贴一个出来。

1）为什么使用
真正的大气是没有边界的，中尺度模型所使用的边界侧面和顶面边界是人工加上的。这些边界会造成模型内的波动的反射，并成为驻波。而这些反射和驻波在真正的大气中是不应该发生的。非反射边界条件就是最大限度减少这种反射。

2）原理
radiative boundary:
波动反射的原因是边界值变化速度太慢。在波动看来，这样的边界就像是固定的墙一样，就好像死死握住绳子的一端，那么绳子上的波动传到这一端时就会反射。Radiative boundary就是不固定边界值，让边界值根据传来的波动变化，从而避免反射。
问题：1. 由于非线性问题，波动能量会传播到别的频段，不可能完美地计算出所应该有边界值。 2. 对于想要specify边界值的real case, 无法应用。

damping boundary:
在边界前的一定区域（damping zone）内，耗散掉波动的能量。又有两个方法：1. diffusive boundary: 在damping zone, 增加diffusion coefficient, 从而利用diffusion来smooth field，减少波动。 2. Rayleigh relaxation boundary: 在damping zone, 利用类似与nudge的方法，让damping zone的内的场（u,v,w,T,p）趋近于边界值，从而减少波动。
问题： 1. diffusive boundary: 为了保证解的稳定性，不能完全吸收波动能量；计算量大 2. Rayleigh boundary: 对于Top boundary来说， u, v, w, T, p的边界值的观测可能不存在。WRF采取了只处理w的方法，相关文献[Klemp, 2008]称其相当有效。

3）参考：
Book:
Methoscale Meteorological Modeling, Roger A. Pielke
Paper:
[Clark, 1977]
[Klemp and Dudhia, 2008]

Tom

freekiller

学习了，顶

mofangbao

多多引进新东西啊

天目神眉

Z版辛苦，学习了