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[物理海洋] 关于海洋数值模型里面求流函数的过程

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流函数

/ Z) N# G0 ~) `  E; D                               
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是空间中的一个场,用它可以表示平面不可压缩流体的速度:
) Y& P# @7 Y: [3 H
% w, R; T! u  r, T/ G
- i: x) e! \- l5 o
/ y4 i1 t1 s# f1 I
                               
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' \5 D% E% X0 j                               
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7 N7 Y, F  r! V
& o- L7 B! Z! V2 D- L5 a4 I+ n$ }
: K# A0 P$ Q/ ~3 W  }9 D4 H
                               
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, }7 t  v$ T/ \1 m2 I$ A/ J8 Y) U                               
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4 `/ h' e" F: }2 y9 S
这样二维平面上的连续方程就能自动满足。6 Y) F# }$ |. F
我们的目标是要根据这两个式子求流函数标量场。可以想象,这两个式子规定了场
: y3 s2 ?2 l. I6 X
                               
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+ A) @5 y$ E+ U" P% B- C                               
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方向和
1 F: m$ Y( y* Z: E
                               
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方向的变化,并不涉及具体的数值。因此,我们需要给定一个流函数的积分零点(求

9 N+ [9 f( F1 P0 {                               
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. f6 l0 `- Q( z5 i9 P- O" J
实际就是求积分),我们可以设:

. A1 R; m2 ], `0 f% D. @. A
6 M) M  y  J- `2 _% e

( G+ }; D! y, o% x) [                               
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' C2 j% p9 @8 v" w, t从这个点积分到任一点
' D7 t! W, Q' w- {- v1 t$ z
                               
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。首先,

/ z4 s, H9 p! T1 L                               
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对y积分,有:; B+ N% X* y' s7 |* ^% c
/ W* s$ q( ^$ B: G, i, S" J
$ p" U  v- p2 S
! W# E. z) Z9 z5 S" `
                               
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5 B& O+ T' H8 Y* O
                               
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' X) u" _1 F4 T7 A                               
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- L" E% Y* {$ v3 w" ]+ }9 w
                               
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积分,有:

  r& h$ X# k* r9 e4 ~, \3 B9 E. Q0 h% p, W% J" A+ {9 v

4 U  N, \3 Y3 N3 [" _7 a                               
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! a) X1 x: D' R                               
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+ I2 S( }7 N. H6 ]. {( |2 Z左边的积分式子,可以直接根据速度场求解,即:
6 J8 w3 u7 }. q. n# G

2 y8 Y9 ^7 t' @- g- y                               
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: U4 ]! s# `4 `现在只需要求出
9 j+ I7 ?* Q1 Z4 v/ A
                               
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,就能求出我们需要的

+ k1 n, I; {. V, @                               
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。通过观察发现,在
0 B* c' \1 y) P% y5 q# _3 j
                               
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中令
& H- m+ \3 I' M, b5 p
                               
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即可得到我们想要的结果:
, t0 x- j: b" _9 k  e, W: l$ V0 \/ I5 H/ r7 U! o+ p" h
% C( j) d& X. c. W+ |; T7 ^$ g
: r, _: I$ N8 \& Q: Y" E  g
                               
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, V" @9 M0 [# I2 `9 P  @最终有:
+ `0 N4 s& @, W% Q2 J7 V* W. e
5 I: Y# H! T& J1 G0 O% H% k

' P# k4 E8 d# q* b) o4 q                               
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& i7 V' V) ], R3 z7 w$ x% o
                               
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" i4 A1 w6 ^  f: M/ r或者可在

5 i" j4 f0 x3 ]                               
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中令
4 T# a/ i7 g6 t( h! I5 M/ Z
                               
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代入
6 C8 {6 {/ n. ?0 n' y
                               
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,有:( z3 U+ Z% I& |% m" {6 k* h
. ^6 q" i, z9 L
- x( R) [1 u4 `* k- A1 ]) ?
) e% D' S3 Q; O% L5 M0 z: u7 L
                               
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: W, q5 g; h* t                               
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7 O1 p9 s' ~# n这样,利用

) u- R% ?' @1 G1 [) a0 y                               
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3 B$ A# U  O/ n, d! s! N) }                               
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就可以进行流函数的编程计算。
* G; k/ |# m& s* ~. A; [5 S2 E! D# d; }$ y3 c* U& z/ w
值得注意的是,可以对求得的流函数加减常数,以使需要的陆地岸界为0。
$ E1 x- f* U  {7 s
. Y& R# O7 _. `) }2 F
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lyl
活跃在2022-11-2
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