Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.13
no.6
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pp.1034-1042
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2010
This study investigates effects of three different parameterizations of vertical mixing scheme on upper ocean simulation of the East Sea, focusing on the seasonal variations of the sea surface temperature(SST) and the mixed layer depth(MLD) using an ocean general circulation model(GFDL MOM1.1). The considered vertical mixing schemes are the Laplacian scheme(L scheme) that use a constant eddy coefficient, the Mellor-Yamada scheme(MY scheme), and a new scheme(Noh scheme). The Noh scheme, a second-order turbulence closure, was developed considering recent observational evidences such as the enhancement of turbulent kinetic energy near the sea surface. During summer L scheme underestimates the SST, while MY scheme overestimates the SST, compared to climatological SST. Noh scheme produces the SST in better agreement with climatological one. During winter all schemes overestimate the SST up to $4^{\circ}C$ compared to climatological SST. Vertical profiles of the basin-mean temperature show that L scheme produces higher temperature below the thermocline than those of other schemes. The winter MLD simulated from L scheme is rather large compared to that from other schemes, but the differences in MLD during summer are not significant.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.18
no.3
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pp.111-121
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2013
Accurate prediction of sea water temperature has been emphasized to make precise local weather forecast and to understand change of ecosystem. The Yellow Sea, which has turbid water and strong tidal current, is an unique shallow marginal sea. It is essential to include the effects of the turbidity and the strong tidal mixing for the realistic simulation of temperature distribution in the Yellow Sea. Evaluation of ocean circulation model response to vertical mixing scheme and turbidity is primary objective of this study. Three-dimensional ocean circulation model(Regional Ocean Modeling System) was used to perform numerical simulations. Mellor- Yamada level 2.5 closure (M-Y) and K-Profile Parameterization (KPP) scheme were selected for vertical mixing parameterization in this study. Effect of Jerlov water type 1, 3 and 5 was also evaluated. The simulated temperature distribution was compared with the observed data by National Fisheries Research and Development Institute to estimate model's response to turbidity and vertical mixing schemes in the Yellow Sea. Simulations with M-Y vertical mixing scheme produced relatively stronger vertical mixing and warmer bottom temperature than the observation. KPP scheme produced weaker vertical mixing and did not well reproduce tidal mixing front along the coast. However, KPP scheme keeps bottom temperature closer to the observation. Consequently, numerical ocean circulation simulations with M-Y vertical mixing scheme tends to produce well mixed vertical temperature structure and that with KPP vertical mixing scheme tends to make stratified vertical temperature structure. When Jerlov water type is higher, sea surface temperature is high and sea bottom temperature is low because downward shortwave radiation is almost absorbed near the sea surface.
Vertical and horizontal mixing processes in the ocean mixed layer determine sea surface temperature and temperature variability. Accordingly, simulating these processes properly is crucial in order to obtain more accurate climate simulations and more reliable future projections using an ocean general circulation model (OGCM). In this study, by using Modular Ocean Model version 4 (MOM4) developed by Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, the upper ocean temperature and mixed layer depth were simulated with two different vertical mixing schemes that are most widely used and then compared. The resultant differences were analyzed to understand the underlying mechanism, especially in the Tropical Pacific Ocean where the differences appeared to be the greatest. One of the schemes was the so-called KPP scheme that uses K-Profile parameterization with nonlocal vertical mixing and the other was the N scheme that was rather recently developed based on a second-order turbulence closure. In the equatorial Pacific, the N scheme simulates the mixed layer at a deeper level than the KPP scheme. One of the reasons is that the total vertical diffusivity coefficient simulated with the N scheme is ten times larger, at maximum, in the surface layer compared to the KPP scheme. Another reason is that the zonal current simulated with the N scheme peaks at a deeper ocean level than the KPP scheme, which indicates that the vertical shear was simulated on a larger scale by the N scheme and it enhanced the mixed layer depth. It is notable that while the N scheme simulates a deeper mixed layer in the equatorial Pacific compared to the KPP scheme, the sea surface temperature (SST) simulated with the N scheme was cooler in the central Pacific and warmer in the eastern Pacific. We postulated that the reason for this is that in the central Pacific atmospheric forcing plays an important role in determining SST and so does a strong upwelling in the eastern Pacific. In conclusion, what determines SST is crucial in interpreting the relationship between SST and mixed layer depth.
This paper investigates the characteristics of turbulence schemes. Turbulence closures are fundamental for modeling the atmospheric diffusion, transport and dispersion in the boundary layer. In particular, in non-homogeneous conditions, a proper description of turbulent transport in planetary boundary layer is fundamental aspect. This study is based on the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) and combines four different turbulence schemes to assess if the different schemes have a impact on simulation results of vertical profiles. Two of these schemes are Isotropc Deformation scheme (I.Def) and Anisotropic deformation scheme (A.Def) that are simple local scheme based on Smagorinsky scheme. The other two are Mellor-Yamada scheme (MY2.5) and Deardorff TKE scheme (D.TKE) that are more complex non-local schemes that include a prognostic equation for turbulence kinetic energy. The simulated potential temperature, wind speed and mixing ratio are compared against radiosonde observations from the study region. MY2.5 shows consistently reasonable vertical profile and closet to observation. D.TKE shows good results under relatively strong synoptic condition especially, mixing ratio simulation. Validation results show that all schemes consistently underestimated wind speed and mixing ratio but, potential temperature was somewhat overestimated.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.14
no.4
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pp.321-332
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1998
Various meleorologlcal dada obtained by SODAR system in shoreline area surrounding Boryung power plant have been analysed to investigate atmospheric diffusibility. Important conclusion may be summarized as follows; (i) Stability classification scheme based on co (standard deviation of wind direction in degree for averaging time of 1 hour) appears to evaluate certain atmospheric velocity and : indicate horizontal mean wind speed. Thus different scheme for stability classification seems to be preferable in order to appropriately estimate lateral and vertical dispersion coefficients cy and cz, respectively. (ii) As a result of comparisons between 3 available schemes for estimating of mixing height, best one turned out to be the double height scheme where height corresponds to maximum cw.
To analyze the saline intrusion in the place, such as an estuary, the three-dimensional numerical model is developed. In this study, the advection terms of the governing equations are discretized by upwind scheme. By using an explicit scheme for the longitudinal direction and an implicit scheme for the vertical direction, the numerical model is free from the restriction of temporal step size caused by a relatively small grid ratio. The equation of state is used to consider the density, and the scalar transport equation for salinity is employed the third order TVD to scheme to prevent unphysical oscillation near discontinuity. In order to verify saline intrusion, the numerical model is conducted to compare the previous model in the lock exchange. The present model generally show a good agreement with the previous one.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.27
no.6
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pp.791-804
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2011
Numerical simulations were carried out to investigate the impact of PBL (Planetary boundary layer) scheme implemented in WRF on the result of meteorological fields and CMAQ modeling. 25-day period, representing high ozone concentration, was selected for the simulations. The three WRF domains covered East Asia region, Korean Peninsula and Seoul metropolitan area. The sensitivity of WRF-CMAQ modeling to the various PBL schemes was assessed and quantified by comparing model output and against observation from the meteorological and the air quality monitoring network within the domain. The meteorological variables evaluated included temperature, wind speed and direction over surface sites and upper air sounding sites. The CMAQ variables included gaseous species $O_3$ and $NO_x$ over monitoring stations. Although difference of PBL schemes implemented in WRF, they did not appreciably affect the WRF and CMAQ performance. There are partially differences between non-local and local mixing scheme, but are not distinct differences for the results of weather and air quality. It is suggested that impact of parameterization of vertical eddy diffusivity scheme in CMAQ also need to be researched in the future study.
A numerical model for unsteady dispersion of horizontal line source in turbulent shear flow is developed. A fractional step finite difference method is used which splits the unsteady two-dimensional advective diffusion equation into the longitudinal advection and the vertical diffusion equations, and solves them alternately for half time intervals by the Holly-Preissmann scheme and the Crank-Nicholson scheme, respectively. The developed numerical model is verified using a semi-analytic solution for steady dispersion in turbulent shear flow. Dispersion of an instantaneous plane source in turbulent shear flow is analyzed using the model. The degree of mixing at the same dimensionless time is almost the same regardless of the friction factor, and the travel distance required to reach a certain degree of mixing is inversely proportional to the square root of the friction factor.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.12
no.2
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pp.70-80
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2000
Princeton Ocean Model (POM) is modified to construct a three-dimensional, semi-implicit hydro¬dynamic model with a wetting-and-drying scheme. The model employs semi-implicit treatment of the barotropic pressure gradient terms and the vertical mixing terms in the momentum equations, and the velocity divergence term in the vertically-integrated continuity equation. Such treatment removes the external mode and thus the mode splitting scheme in POM, allowing the semi-implicit model to use a larger time step. Applied to hypothetical systems, both the semi-implicit model and POM give nearly the same results. The semi-implicit model, however, runs approximately 4.4 times faster than POM showing its improved computational efficiency. Applied to a hypothetical system with intertidal flats, POM employing the mode splitting scheme produces noises at the intertidal flats, that propagate into the main channel resulting in unstable current velocities. Despite its larger time step, the semi-implicit model gives stable current velocities both at the intertidal flats and main channel. The semi-implicit model when applied to Kyeonggi Bay gives a good reproduction of the observed tides and tidal currents throughout the modeling domain, demonstrating its prototype applicability.
In this study, the impacts of land surface conditions, land cover (LC) map and leaf area index (LAI), on the short-range weather forecast over the East-Asian region were examined using Unified Model (UM) coupled with the MOSES 2.2 (Met-Office Surface Exchange Scheme). Four types of experiments were performed at 12-km horizontal resolution with 38 vertical layers for two months, July and August 2009 through consecutive reruns of 72-hour every 12 hours, 00 and 12 UTC. The control experiment (CTRL) uses the original IGBP (International Geosphere-Biosphere Programme) LC map and old MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) LAI, the new LAI experiment (NLAI) uses improved monthly MODIS LAI. The new LC experiment (NLCE) uses KLC_v2 (Kongju National Univ. land cover), and the new land surface experiment (NLSE) uses KLC_v2 and new LAI. The reduced albedo and increased roughness length over southern part of China caused by the increased broadleaf fraction resulted in increase of land surface temperature (LST), air temperature, and sensible heat flux (SHF). Whereas, the LST and SHF over south-eastern part of Russia is decreased by the decreased needleleaf fraction and increased albedo. The changed wind speed induced by the LC and LAI changes also contribute the LST distribution through the change of vertical mixing and advection. The improvement of LC and LAI data clearly reduced the systematic underestimation of air temperature over South Korea. Whereas, the impacts of LC and LAI conditions on the simulation skills of precipitation are not systematic. In general, the impacts of LC changes on the short range forecast are more significant than that of LAI changes.
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