Ein Spektrales Allgemeines Zirkulationsmodell unter Verwendung einer stückweise konstanten Finite-Elemente-Darstellung auf einem hybriden vertikalen Koordinatensystem

Ein numerisches Schema für die vertikale Diskretisierung der primitiven Gleichungen in einer verallgemeinerten drucktypisierten Koordinate wird durch Anwendung des Galerkin-Formalismus mit stückweise konstanten Finite-Elementen entwickelt: Diese Methodik bietet eine elegante – und direkte – Möglichkeit zur Formulierung konservativer Diskretisierungsschemata, ohne die Willkürlichkeit, die normalerweise die Entwicklung von Finite-Differenzen kennzeichnet. Die Form der resultierenden halbdiskreten Gleichungen ist äquivalent zu einer zweiten Ordnung genauen Finite-Differenz-Approximation der kontinuierlichen Gleichungen. Die Flexibilität dieses Schemas bei der Wahl verschiedener Schichten für die Projektion der thermodynamischen und Impulsvariablen ermöglicht effektiv eine Versetzung dieser Variablen in der Vertikalen. Numerische Integration, die mit diesem Schema bei verschiedenen vertikalen Auflösungen durchgeführt wurde, hat die Empfindlichkeit der simulierten Zirkulation gegenüber der Auflösung in der unteren Stratosphäre offenbart. Wir haben festgestellt, dass die Anwendung der oberen Randbedingung „Deckel“ in einer endlichen Höhe eine dokumentierte Verzerrung in der Schätzung dieser Methode der thermalen Windbeziehung auf höheren Ebenen bei grober Auflösung mindert, und dies wird hier erreicht, ohne die Erhaltungswerte des Schemas zu opfern.