<div>Hi guys,</div><div><br></div><div>I would like to share some figures regarding the advection schemes from my previous practice.</div><div><br></div><div>I've injected a passive tracer (with a minimum value of 1 and a maximum value of 3) into a barotropic</div><div>nondivergent flow (5.5km resolution) and observed its evolution subjected to the advection process</div><div>only (I turned off the explicit lateral diffusion).  I selected nine advection schemes:</div><div>  code 2: centered 2nd order</div><div>  code 3: 3rd order upwind</div><div>  code 4: centered 4th order</div><div>  code 20: 2nd order DST (Lax-Wendroff)</div><div>  code 77: non-linear flux limiter</div><div>  code 30: 3rd order DST</div><div>  code 33: 3rd order DST with flux limiter</div><div>  code 7: 7th order one step method with monotonicity preserving</div><div>  code 80: 2nd order Prather scheme</div><div><br></div><div>The tracer is expected to conserve its extrema (min value of 1 and max value of 3) during integration.</div><div>Due to spurious numerical diffusion induced by every discretized advection scheme, this is not the case.</div><div>The temporal evolutions of tracer extrema look like:</div><div><img src="cid:0FE983A2@CB033935.14DE6F5D.png" modifysize="50%" diffpixels="8px" scalingmode="zoom" style="width: 1097px; height: 495px;"></div><div><br></div><div><br></div><div>We can also estimate the spurious domain-averaged numerical diffusivity as:</div><div><img src="cid:37E2920D@B714F46F.14DE6F5D.png" modifysize="75%" diffpixels="16px" style="width: 311px; height: 68px;"></div><div><br></div><div>Results are:</div><div><img src="cid:36170697@F73EF462.14DE6F5D.png" modifysize="50%" diffpixels="8px" scalingmode="zoom" style="width: 1063px; height: 501px;"></div><div><br></div><div>Conclusions:</div><div>1. 2nd and 4th order centered schemes and 2nd DST generate very large spurious extrema</div><div>    while keep a very tiny numerical diffusivity;</div><div>2. advection scheme 33 (3rd-order DST with limiter) do not generate spurious extrema but</div><div>    has a relatively large numerical diffusivity (up to 25 m^2/s).  Limiter prevents false extrema</div><div>    but induces larger spurious diffusivity.</div><div>3. 2nd Prather scheme generates very small false extrema while keep a very-low numerical</div><div>    diffusivity (~5 m^/2), a very good choice suggested by Hill et al. (2012, OM).</div><div><br></div><div>Hope the figures can be seen correctly and hope this helps.</div><div><sign signid="0"><div style="color:#909090;font-family:Arial Narrow;font-size:12px"><br><br>------------------</div><div style="font-size:14px;font-family:Verdana;color:#000;"><div> <font size="2">Best regards <br> <br>Yu-Kun Qian (Ç®îÚÀ¤) <br>Center for Monsoon and Environment Research</font> </div> <font size="2">Department of Atmospheric Sciences<br>School of Environmental Science and Engineering<font size="2"> <br> </font>Sun Yat-sen University <br>No. 135 Xingang West Road, Haizhu District <br>Guangzhou, 510275, P.R. China <br>Tel; 020-84115227 <br>Email: <a href="mailto:qianyk@mail2.sysu.edu.cn">qianyk@mail3.sysu.edu.cn</a> </font> 
<div> <font size="2"> </font> </div></div></sign></div><div> </div><div><tincludetail><div> </div><div> </div><div style="font:Verdana normal 14px;color:#000;"><div style="FONT-SIZE: 12px;FONT-FAMILY: Arial Narrow;padding:2px 0 2px 0;">------------------ Original ------------------</div><div style="FONT-SIZE: 12px;background:#efefef;padding:8px;"><div id="menu_sender"><b>From: </b> "Edward W Doddridge"<ewd@mit.edu>;</div><div><b>Date: </b> Wed, Sep 4, 2019 10:22 PM</div><div><b>To: </b> "mitgcm-support@mitgcm.org"<mitgcm-support@mitgcm.org>; <wbr></div><div></div><div><b>Subject: </b> Re: [MITgcm-support] advection scheme 33</div></div><div> </div><div style="position:relative;"><div id="tmpcontent_res"></div>




Hello Yangxin,
<div class=""><br class="">
</div>
<div class="">Regarding your first point, there is a section in the manual devoted to advection schemes: <a href="https://mitgcm.readthedocs.io/en/latest/algorithm/adv-schemes.html" class="">https://mitgcm.readthedocs.io/en/latest/algorithm/adv-schemes.html</a></div>
<div class=""><br class="">
</div>
<div class="">If you found that section insufficient, it would be good to know why. That way we can work towards improving it.</div>
<div class=""><br class="">
</div>
<div class="">Cheers,</div>
<div class="">Ed</div>
<div class=""><br class="">
</div>
<div class="">
<div class="">
<div style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px;" class="">
<span class="Apple-style-span" style="font-variant-ligatures: normal; font-variant-position: normal; font-variant-numeric: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-east-asian: normal; line-height: normal; border-collapse: separate; border-spacing: 0px;"><br class="Apple-interchange-newline">
<hr style="font-family: Tahoma; font-size: 13px;" class="">
<span class="Apple-style-span" style="font-family: Tahoma; font-size: 13px;"><font face="Tahoma" size="2" class=""><span dir="ltr" style="font-size: 10pt;" class=""><font size="1" class=""><span style="font-size: 13px;" class=""><font size="2" class=""><b class="">Edward
 Doddridge</b><br class="">
<i class="">Postdoctoral researcher</i></font></span></font></span></font></span></span></div>
<div style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px;" class="">
<span class="Apple-style-span" style="font-variant-ligatures: normal; font-variant-position: normal; font-variant-numeric: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-east-asian: normal; line-height: normal; border-collapse: separate; border-spacing: 0px;"><span class="Apple-style-span" style="font-family: Tahoma; font-size: 13px;"><font face="Tahoma" size="2" class=""><span dir="ltr" style="font-size: 10pt;" class=""><font size="1" class=""><span style="font-size: 13px;" class=""><font size="2" class=""><i class="">Earth,
 Atmospheric and Planetary Sciences</i></font></span></font></span></font></span></span></div>
<div style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px;" class="">
<span class="Apple-style-span" style="font-variant-ligatures: normal; font-variant-position: normal; font-variant-numeric: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-east-asian: normal; line-height: normal; border-collapse: separate; border-spacing: 0px;"><span class="Apple-style-span" style="font-family: Tahoma; font-size: 13px;"><font face="Tahoma" size="2" class=""><span dir="ltr" style="font-size: 10pt;" class=""><font size="1" class=""><span style="font-size: 13px;" class=""><font size="2" class=""><i class="">Massachusetts
 Institute of Technology</i></font></span></font></span></font></span></span></div>
<div style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px;" class="">
<div style="font-variant-ligatures: normal; font-variant-position: normal; font-variant-numeric: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-east-asian: normal; line-height: normal;" class="">
<span class="Apple-style-span" style="border-collapse: separate; font-variant-ligatures: normal; font-variant-position: normal; font-variant-numeric: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-east-asian: normal; line-height: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; widows: 2; border-spacing: 0px;"><span class="Apple-style-span" style="font-family: Tahoma; font-size: 13px;"><font face="Tahoma" size="2" class=""><span dir="ltr" style="font-size: 10pt;" class=""><font size="1" class=""><span style="font-size: 13px;" class=""><font size="2" class=""><i class=""><br class="">
</i></font></span></font></span></font></span></span></div>
<div style="font-variant-ligatures: normal; font-variant-position: normal; font-variant-numeric: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-east-asian: normal; line-height: normal;" class="">
<span class="Apple-style-span" style="border-collapse: separate; font-variant-ligatures: normal; font-variant-position: normal; font-variant-numeric: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-east-asian: normal; line-height: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; widows: 2; border-spacing: 0px;"><span class="Apple-style-span" style="font-family: Tahoma; font-size: 13px;"><font face="Tahoma" size="2" class=""><a href="http://www.doddridge.me" class="">www.doddridge.me</a></font></span></span></div>
</div>
</div>
<div><br class="">
<blockquote type="cite" class="">
<div class="">On 3 Sep 2019, at 14:22, Yangxin He <<a href="mailto:y67he@uwaterloo.ca" class="">y67he@uwaterloo.ca</a>> wrote:</div>
<br class="Apple-interchange-newline">
<div class="">
<div id="divtagdefaultwrapper" dir="ltr" style="font-size: 12pt; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration: none; font-family: Calibri, Helvetica, sans-serif;" class="">
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class="">Hi there,</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class=""><br class="">
</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class="">I am running a simple 2d oceanic model with tides sloshing up and down a slope, so internal tides are generated. Part of my data file looks like</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class=""><br class="">
</div>
<div style="margin: 0px; font-stretch: normal; font-size: 12px; line-height: normal; font-family: Courier; color: rgb(255, 238, 149); background-color: rgb(21, 102, 47);" class="">
<span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures;" class=""> implicitDiffusion=.TRUE.,</span></div>
<div style="margin: 0px; font-stretch: normal; font-size: 12px; line-height: normal; font-family: Courier; color: rgb(255, 238, 149); background-color: rgb(21, 102, 47);" class="">
<span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures;" class=""> implicitViscosity=.TRUE.,</span></div>
<div style="margin: 0px; font-stretch: normal; font-size: 12px; line-height: normal; font-family: Courier; color: rgb(255, 238, 149); background-color: rgb(21, 102, 47);" class="">
<span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures;" class="">#change advection shceme</span></div>
<div style="margin: 0px; font-stretch: normal; font-size: 12px; line-height: normal; font-family: Courier; color: rgb(255, 238, 149); background-color: rgb(21, 102, 47);" class="">
<span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures;" class=""> tempAdvScheme=33,</span></div>
<p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class=""></p>
<div style="margin: 0px; font-stretch: normal; font-size: 12px; line-height: normal; font-family: Courier; color: rgb(255, 238, 149); background-color: rgb(21, 102, 47);" class="">
<span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures;" class=""> staggerTimeStep=.TRUE.,</span></div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class=""><br class="">
</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class="">The simulation is fine. Two quick questions, </div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class="">1) I am certainly not an expert in coding, but I think it will be a good idea that I can at least have some idea of what I am using. Where can I find out more information about this advection scheme
 33? There does not seem much in the manual. </div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class="">2) In one of my previous threads here</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class=""><a href="http://mailman.mitgcm.org/pipermail/mitgcm-support/2019-July/012095.html" class="OWAAutoLink" id="LPlnk844452" previewremoved="true">http://mailman.mitgcm.org/pipermail/mitgcm-support/2019-July/012095.html</a><br class="">
</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class="">Jody mentioned adv33 will allow the lateral diffusion set to 0, i.e. diffKhT=0. I tried it, it did work. But why?</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class=""><br class="">
</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class="">Thanks</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class=""><br class="">
</div>
<div style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" class="">Yangxin</div>
</div>
<span style="caret-color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino-Roman; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration: none; float: none; display: inline !important;" class="">_______________________________________________</span><br style="caret-color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino-Roman; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration: none;" class="">
<span style="caret-color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino-Roman; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration: none; float: none; display: inline !important;" class="">MITgcm-support
 mailing list</span><br style="caret-color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino-Roman; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration: none;" class="">
<a href="mailto:MITgcm-support@mitgcm.org" style="font-family: Palatino-Roman; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px;" class="">MITgcm-support@mitgcm.org</a><br style="caret-color: rgb(0, 0, 0); font-family: Palatino-Roman; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration: none;" class="">
<a href="http://mailman.mitgcm.org/mailman/listinfo/mitgcm-support" style="font-family: Palatino-Roman; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px;" class="">http://mailman.mitgcm.org/mailman/listinfo/mitgcm-support</a></div>
</blockquote>
</div>
<br class="">
</div>



</div></div></tincludetail></div><!--<![endif]-->