ESTUDO COMPARATIVO DE DOIS MÉTODOS ECONÔMICOS APLICADOS A UM ESQUEMA NUMÉRICO DE PREVISÃO DO TEMPO

Abstract

Duas versões do esquema semi-implícito são apresentadas: o método implícito de direções alternadas (o método ADI) e a abordagem de Robert com o uso do algoritmo multigrade (o método MG). São realizados experimentos com o modelo regional baroclínico que usa 11 níveis para discretização vertical e passo 75 km para grades horizontais com 97x97 e 93x101 nós. A qualidade das previsões com 24 horas de antecedência não depende da versão do modelo. O método MG permite reduzir o tempo computacional gasto em torno de 14% em comparação com o método de Robert, que usa as relaxações sucessivas superiores. Para os mesmos passos temporais, o método multigrade de Robert é menos efetivo do que o método ADI. Mas o uso dos passos temporais máximos permitidos pela condição numérica da estabilidade de cada versão revela a vantagem da versão MG do esquema. A ausência da separação espacial permite usar os métodos multigrades no contexto de esquemas semi-implícitos semi-lagrangianos com passo temporal aumentado sem perda de precisão.

Keywords :Modelo atmosférico baroclínico; Previsão numérica do tempo; Esquemas semi-implícitos; Métodos multigrades; Métodos implícitos de direções alternadas.

ABSTRACT

Comparative study of two economic methods applied to a numerical scheme of weather prediction.

Two versions of the semi-implicit scheme using alternating directions implicit (ADI) method and Robert's approach with a multigrid (MG) method are presented. Experiments with a regional baroclinic model using 11 levels for the vertical discretization and 75 km step on horizontal grids with 97x97 and 93x101 points are carried out. The 24-hours forecasts quality does not depend on the model version. The MG method permits to reduce the computational time cost about 14% in comparison with Robert's method using successive over-relaxations. Under a choice of equal time steps Robert's MG method is less efficient than the ADI method. But usage of the maximum time steps allowed by the numerical stability condition of each version reveals an advantage of the MG version. Absence of the splitting permits to use the multigrid methods in frame of semi-implicit semi-lagrangian schemes with increased time step without loss of accuracy.

Keywords :Atmospheric baroclinic model;Numerical weather prediction;Semi-implicit schemes;Multigrid methods;Alternating directions implicit methods.

DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-261X1998000100003