Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Evaluation of a New Lateral Boundary Condition in the MIUU Meso-Scale Model
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences, LUVAL.
2002 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (One Year)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Utprovning av ett nytt lateralt gränsvillkor i den mesoskaliga MIUU modellen (Swedish)
Abstract [en]

The MIUU meso-scale model has been used to evaluate a new lateral boundary condition. The new lateral boundary condition is a combination of two lateral boundary conditions used in regional models, the flow relaxation scheme and the tendency modification scheme. The impact of different lateral boundary formulations on meso-scale phenomena, such as convective boundary layers, nocturnal jets, sea breezes and mountain waves (Bora winds) has been studied.

When, for instance, stably stratified air with a constant wind speed is advected through the lateral boundaries into a meso-scale model with a flat and homogenous land surface, the convective boundary layer is reduced in height and the nocturnal jet is reduced in magnitude up to a distance of 750 km from the inflow lateral boundary. This is the case, when the most common lateral boundary condition is used, namely the flow relaxation scheme, where the flow relaxation parameter is constant with height and a function of the horizontal grid points only. In the other tests a flow relaxation parameter is used that is very small up to a certain level above ground, increasing with height to a maximum value higher up, and being constant above this upper level. Then, the convective boundary layer and the nocturnal jet are fully developed already at 23 km from the inflow lateral boundary.

When, for instance, islands are not represented in the large-scale model, due to the coarse grid resolution, but well represented in the meso-scale model, stably stratified air can be advected into the meso-scale model even during daytime. Then, artificial thermal circulations can arise at the lateral boundaries of the meso-scale model, and collide with a real sea-breeze circulation that develops at the coast-line. These artificial thermal circulations disappear only when the flow relaxation parameter is very small in the lowest levels.

When mountain waves (Bora winds) are simulated in a relatively small model domain, the critical layer, i.e. the layer where the nonlinear large-amplitude mountain wave is generated and broken, is surprisingly displaced irrespective of the tested lateral boundary formulations.

In many simulations large-scale fields have to be introduced into meso-scale models. If only the flow relaxation scheme is used, the flow relaxation parameter has to be “constant-in-height” and relatively large in order to introduce large-scale temperature and wind changes with the right time-scale at all levels. However, with the new lateral boundary condition, the flow relaxation parameter can be kept very small in the lowest kilometers above ground. A small value of the flow relaxation parameter means that the convective boundary layer and the nocturnal jet at the lateral boundaries are not affected by the boundary conditions, and furthermore, no artificial thermal circulations are created. At the same time, large-scale temperature and wind changes are correctly introduced at all heights during the prescribed time into the meso-scale model through the tendency modification scheme.

Abstract [sv]

Den mesoskaliga MIUU modellen har använts för test av olika laterala gränsvillkor. Ett nytt lateralt gränsvillkor har konstruerats. Detta nya gränsvillkor är en kombination av två gränsvillkor, nämligen ’the flow relaxation scheme’ och ’the tendency modification scheme’. Inverkan av olika gänsvillkorsformuleringar på mesoskaliga fenomen som konvektiva gränsskikt, ’nocturnal’ jets, sjöbrisar och bergsvågor (Boravindar) har studerats.

När stabilt skiktad luft med konstant vindhastighet advekteras in genom de laterala ränderna in till en mesoskalig modelldomän, som har en slät och homogen landyta, kommer det konvektiva gränsskiktets höjd och styrkan på ’nocturnal’ jeten att påverkas av gränsvillkoret. Randvillkoret kan påverka temperatur och hastighetsfältet upp till 750 km:s avstånd från inflödesranden. Detta sker när det vanligaste laterala gränsvillkoret används, nämligen, ’the flow relaxation scheme’. I detta schema är ’flow relaxation’-parametern konstant med höjden, dvs endast en funktion av de horisontella gridpunkterna. Sensivitetsstudier på värdet och formen av ’flow relaxation’-parametern har utförts. En ’flow relaxation’-parameter, som är mycket liten upp till en viss nivå och sedan ökar med höjden påverkar temperatur- och hastighetsfältet mycket mindre. Randvillkorets påverkan är då minimal redan på 23 km:s avstånd från inflödesranden och det konvektiva gränsskiktet och ’nocturnal’ jeten kan bli fullt utvecklade.

Om till exempel öar, som är väl representerade i den mesoskaliga modellen, inte är representerade i den storskaliga modellen pga dess grova upplösning, kan stabilt skiktad luft advekteras in till den mesoskaliga modelldomänen till och med under dagtid. Det kan då uppstå en artificiell termisk cirkulation vid de laterala ränderna hos den mesoskaliga modellen. Denna artificiella termiska cirkulation kan sedan kollidera med en verklig sjöbriscirkulation. Detta kan förstöra den mesoskaliga modellösningen totalt. Denna artificiella termiska cirkulation försvinner endast då ’flow relaxation’-parametern är väldigt liten i de lägsta nivåerna.

När bergsvågor (Boravindar) simuleras i en relativt liten modelldomän så är det kritiska skiktet, dvs det skikt där de icke-linjära vågorna med stor amplitud bryts och genereras, förflyttat jämfört med referensfallet där de laterala ränderna var långt borta från det studerade området. Detta sker förvånansvärt oberoenda av vilken lateral gränsvillkorsformulering som används.

I många simuleringar ska storskaliga processer såsom fronter och geostrofiska vindänd-ringar införas till den mesoskaliga modellen. Om endast ’the flow relaxation scheme’ används måste ’flow relaxation’-parametern vara konstant med höjden och relativt stor. Detta för att storskaliga temperatur- och vindändringar skall kunna introduceras till den mesoskaliga modellen med rätt tidskonstant och på alla höjder. I det nya laterala gränsvillkoret behöver ’flow relaxation’-parametern inte vara lika stor och inte heller konstant med höjden. Temperatur- och vindändringar är ändå korrekt introducerade med exakt tidsskala i alla nivåer in till den mesoskaliga modellen. Detta sker genom användandet av det s.k. ’tendency modification’-schemat. Dessutom kan det konvektiva gränsskikt, ’nocturnal’ jeten och sjöbrisar utveklas korrekt i närheten av de laterala ränderna.

Place, publisher, year, edition, pages
2002.
Series
Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, ISSN 1650-6553 ; 24
Keyword [en]
mesoscale model, MIUU mode, boundary condition
National Category
Meteorology and Atmospheric Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-302873OAI: oai:DiVA.org:uu-302873DiVA: diva2:968143
Subject / course
Meteorology
Available from: 2016-12-01 Created: 2016-09-12 Last updated: 2016-12-01Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1494 kB)10 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1494 kBChecksum SHA-512
bfad28e86b3989390a6b1b03df3b2a58dd745c04c12dba8f545924e1265340faadde453f1003bfedd5247ff58cf6c9656c6644c8ea395d63dcf1d2a74c7ef3b4
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
LUVAL
Meteorology and Atmospheric Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 10 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link