Вертикальные уровни

Типы вертикальных уровней

В модели два типа уровней - основные (k) и промежуточные (k+1/2). При определении вертикальной структуры в неймлистах препроцессинга и модели задается число основных уровней по вертикали (ke). В ряде случаев в неймлисте препроцессинга задается массив значений высот промежуточных уровней (от 1 до ke+1).

Задание вертикальной структуры

    Структура модельной сетки по вертикали определяется в рамках препроцессинга (int2lm) через параметры в неймлисте LMGRID:

  1. kelm_tot (INT) – число основных уровней (по умолчанию равно 20)
  2. ivctype (INT) – тип вертикальной системы координат (по умолчанию равно 2)
    • 1: гибридная s-система координат
    • 2: гибридная система координат Гал-Чен
    • 3: гибридная система координат SLEVE
    (описание систем координат см. в Описании модели COSMO , часть I, п. 3.5.3.)
  3. vcflat (REAL) – координата, где выбранная система координат меняется на z-систему (для ivctype=2 рекомендуемое значение 11357.0)
  4. vcoord_d (REAL) – массив вертикальных координат
    • Для ivctype=1 значения s-координат задаются в диапазоне от 0 до 1.
    • Для ivctype=2 или ivctype=3 значения z координаты задаются метрах в направлении убывания от верхней границы модели до 0.0 м.
    • Имеются несколько массивов по умолчанию для следующих вариантов задания ivctype и kelm_tot:
      • ivctype=1 и kelm_tot=20, 32, 35, 40;
      • ivctype=2 и kelm_tot=20, 35, 40, 50.
    • Для использования одного из готовых массивов координат следует задать только ivctype и kelm_tot.
    • При задании числа вертикальных уровней отличных от указанных выше массив vcoord_d должен быть определен в неймлисте.

Расчёт

Для расчета значений координат рекомендуется воспользоваться программой vcoord.f90 или, для расчета Гал-Чен координат, программой galchen.m (синтаксис galchen(nlevels, exponent, zz_top, vcflat)). Последняя выполняет расчет по следующей формуле:

hhl = zz_top * (2/pi*acos((k-1)/ke))^exponent, где

k – индекс по вертикали

nlevels – число основных модельных уровней (ke)

exponent – показатель степени

zz_top – высота верхнего модельного уровня в м

Важно: значение предпоследнего промежуточного уровня между основными уровнями ke-1 и ke должно быть равно 20 м.

При желании вертикальные координаты можно задать «вручную», например с шагом 50 – 100 м.

Также для создания собственной вертикальной сетки можно воспользоваться сервисом Vcoord Creator на сайте clm или рассчитать самостоятельно по формулам.

Используемое количество уровней

В оперативной версии для 7, 6.6, 13.2 км используется 40 , а для меньших шагов сетки (2.2, 1.1, 1.0 км) используется 50 вертикальных уровней.

Для воспроизведения боры с горизонтальным шагом 1.1 и 550 метров Марина Шатунова использовала 80 уровней вместо 50. При этом наблюдался незначительный эффект в поле скоростей ветра и порывов. Остальные поля при этом не анализировались.

Создается впечатление, что увеличение количества уровней не сказывается на результатах. С другой стороны, если используется сетка с горизонтальным шагом менее 1 км, для эффективного воздействия увеличения вертикального разрешения следует использовать 3D турбулентность.

Для экспериментов по Корее использовалось 60 уровней. Сравнение с расчётами по 50 уровней не проводилось.

Швейцарцы используют 65 вертикальных уровней, но в системе SLEVE2, а не Гал-Чен.

В настройках "тропической конфигурации" используется атмосфера с более высокой крышкой (39 км вместо 23) и 57 уровней вместо 50.

Описание модели COSMO, часть I
Содержание: Шатунова М.В.