Adaptive mesh refinement applied to marine ice sheet simulation : Malhas adaptativas aplicadas em simulação numérica de manto de gelo marinho

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Thiago Dias dos, 1984-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1636716
Resumo: Orientador: Philippe Remy Bernard Devloo
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spelling Adaptive mesh refinement applied to marine ice sheet simulation : Malhas adaptativas aplicadas em simulação numérica de manto de gelo marinhoMalhas adaptativas aplicadas em simulação numérica de manto de gelo marinhoGeração numérica de malhas (Analise numerica)Método dos elementos finitosGeleirasGlaciologiaMesh generationFinite element methodGlaciersGlaciologyOrientador: Philippe Remy Bernard DevlooTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: Projeções acuradas da evolução de mantos de gelo marinho e suas contribuições ao aumento do nível dos mares sob mudanças climáticas requerem alta resolução de malha/grade em modelos numéricos para capturar corretamente processos físicos fundamentais, tais como a evolução da linha de aterramento, a região onde o gelo apoiado sobre o embasamento rochoso começa a flutuar. A evolução da linha de aterramento desempenha um papel importante na dinâmica dos mantos de gelo marinho, já que exerce um controle fundamental sobre a estabilidade do manto de gelo apoiado. A modelagem numérica da dinâmica da linha de aterramento requer recursos computacionais significativos, pois a exatidão de sua posição depende da resolução da malha ou grade. Uma técnica numérica que contribui para a exatidão com custo computacional reduzido é o refinamento adaptativo de malhas. Apresentamos aqui a implementação de malhas adaptativas no Ice Sheet System Model para simular a dinâmica da linha de aterramento sob dois diferentes benchmarks: MISMIP3d e MISMIP+. Testamos diferentes critérios de refinamento baseados em: (a) distância ao redor da linha de aterramento, (b) estimador de erro a posteriori, o estimador de erro Zienkiewicz-Zhu e (c) diferentes combinações de (a) e (b). Em ambos benchmarks, os estimadores de erro apresentam valores altos em torno da linha de aterramento. Particularmente para o MISMIP+, o estimador também apresenta valores altos na parte apoiada do manto de gelo, seguindo as principais feições da geometria do leito rochoso. O emprego do estimator de erro orienta o procedimento de refinamento de forma que o desempenho das malhas adaptativas é otimizado. Nossos resultados mostram que o tempo computacional utilizando malhas adaptativas depende da acurácia requerida, mas em todos os casos, é significativamente menor em comparação com o tempo necessário ao empregar malhas uniformemente refinadas. Concluímos que o emprego de malhas adaptativas em simulação numérica de mantos de gelo marinho sem um estimador de erro associado deve ser evitado, especialmente em mantos de gelo reais em que o leito rochoso apresenta feições mais complexasAbstract: Accurate projections of the evolution of marine ice sheets and their contribution to sea level rise in a changing climate require a fine mesh/grid resolution in ice sheet models to correctly capture fundamental physical processes, such as the evolution of the grounding line, the region where grounded ice starts to float. The evolution of the grounding line indeed plays a major role in marine ice sheet dynamics, as it is a fundamental control on marine ice sheet stability. Numerical modeling of a grounding line requires significant computational resources since the accuracy of its position depends on grid or mesh resolution. A technique that improves accuracy with reduced computational cost is the adaptive mesh refinement approach. We present here the implementation of the adaptive mesh refinement technique in the parallel finite element Ice Sheet System Model to simulate grounding line dynamics under two different under two different benchmarks: MISMIP3d and MISMIP+. We test different refinement criteria: (a) distance around the grounding line, (b) a posteriori error estimator, the Zienkiewicz¿Zhu error estimator, and (c) different combinations of (a) and (b). In both benchmarks, the error estimator presents high values around the grounding line. In the MISMIP+ setup, this estimator also presents high values in the grounded part of the ice sheet, following the complex shape of the bedrock geometry. The error estimator helps guide the refinement procedure such that the mesh adaptivity performance is improved. Our results show that computational time with adaptive mesh depends on the required accuracy, but in all cases, it is significantly shorter than for uniformly refined meshes. We conclude that the use of adaptive mesh refinement in marine ice sheet simulations without an associated error estimator should be avoided, especially for real glaciers that have a complex bed geometryDoutoradoEstruturas e GeotécnicaDoutor em Engenharia CivilCNPQ140186/2015-8[s.n.]Devloo, Philippe Remy Bernard, 1958-Sousa, José Luiz Antunes de Oliveira eMesquita Neto, Euclides deTravassos, Jandyr de MenezesSousa, Fabrício Simeoni deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia CivilUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSantos, Thiago Dias dos, 1984-20192019-03-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (123 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1636716SANTOS, Thiago Dias dos. Adaptive mesh refinement applied to marine ice sheet simulation: Malhas adaptativas aplicadas em simulação numérica de manto de gelo marinho. 2019. 1 recurso online (123 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1636716. 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