Basic Numerical Methods in Meteorology and Oceanography
Dieses Buch soll eine Einführung in die numerische Modellierung des Ozeans und der Atmosphäre geben. Es geht auf Kurse an der Universität Stockholm zurück und soll als Lehrbuch für Studenten der Meteorologie und Ozeanographie mit einem Hintergrund in Mathematik und Physik dienen.
Der Schwerpunkt liegt auf numerischen Verfahren für die in der Ozeanographie und Meteorologie am häufigsten verwendeten Gleichungen sowie auf der Stabilität, Genauigkeit und anderen Eigenschaften dieser Verfahren. Es werden einfache Gleichungen verwendet, die die Eigenschaften der in Ozean- und Atmosphärenmodellen verwendeten primitiven Gleichungen widerspiegeln.
Diese Modellgleichungen werden numerisch auf einem Gitter durch Diskretisierung gelöst, wobei die Ableitungen der Differentialgleichungen durch Finite-Differenzen-Approximationen ersetzt werden. Der Schwerpunkt liegt auf den grundlegenden numerischen Methoden, die für die ozeanographische und atmosphärische Modellierung verwendet werden. Diese Modelle basieren auf den Navier-Stokes-Gleichungen (einschließlich des Coriolis-Effekts) und einer Tracergleichung für Wärme in der Atmosphäre und im Ozean sowie Tracergleichungen für Feuchtigkeit und Salz in der Atmosphäre bzw. im Ozean. Ein gekoppeltes allgemeines atmosphärisches und ozeanisches Zirkulationsmodell ist das Kernstück eines Klimamodells für das Erdsystem.
Das Buch beginnt mit einer Darstellung der gängigsten Typen von partiellen Differentialgleichungen und Finite-Differenzen-Verfahren, die in der Meteorologie und Ozeanographie verwendet werden. Anschließend werden die Grenzen dieser numerischen Verfahren in Bezug auf Stabilität, Genauigkeit, Vorhandensein von Berechnungsmodi und Genauigkeit der rechnerisch ermittelten Phasengeschwindigkeit erörtert.
Die Flachwassergleichungen werden für verschiedene räumliche Gitter diskretisiert und es werden Reibungs- und Diffusionsterme eingeführt. Nachfolgend werden implizite und semi-implizite Verfahren sowie die Semi-Lagrangesche Technik diskutiert. Koordinaten für atmosphärische und ozeanische Modelle werden ebenso vorgestellt wie ein stark vereinfachtes 3D-Modell. Es wird kurz beschrieben, wie einige atmosphärische allgemeine Zirkulationsmodelle spektrale Methoden als "horizontale Koordinaten" verwenden. Schließlich werden einige theoretische "Pen-and-Paper"-Übungen und eine Reihe von GFD-Computerübungen gegeben.
| ISBN: | 9789176351758 |
| Autor: | |
| Verlag: | |
| Sprache: | Englisch |
| Einband: | Taschenbuch |
| Erscheinungsjahr: | 2022 |
| Seitenzahl: | 206 |
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