[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
0 E& \% L) D" f* h8 Y  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:
5 N8 k7 W* [  Y4 @+ \, A" L) x/ h. ~& f8 |
3 j+ H: ~" ?. J4 c" f4 j1 e' ~7 A

. N- I5 D* D0 D! P. }6 }) H3 [                               
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& [- M3 _; W6 x' x2 l! p                               
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1 W3 l  c' ?+ T

% A8 U5 I5 a3 ^( t
6 U& Q- C+ v+ W- i. t
                               
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: Q  ^4 k7 r+ m( h5 `( f2 S) z
                               
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7 O9 ^/ k$ q, C- I: ^) N7 N7 \) ^这样二维平面上的连续方程就能自动满足。
) f6 R+ b: |9 j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
4 @) K) [9 |# w1 g* C1 |
                               
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+ ~. m/ E0 [; c8 f                               
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方向和

8 y( o; w/ `1 p% a( |9 S! Z                               
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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

* |. Q0 b9 C# `                               
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9 L4 g7 }- e3 v8 x7 Z" L1 t
实际就是求积分),我们可以设:

8 Y% w' F8 i+ {4 b, E7 U7 ?5 \
9 z, A; n9 E0 L1 O* W
% @- I1 r4 g% \; x
                               
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: a% K9 Z% d: s& d$ A从这个点积分到任一点

: [* D3 ?/ U5 r# j+ E                               
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。首先,

6 R7 A. S: g6 y1 j                               
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对y积分,有:. p7 X: W/ N& {  X/ T) O
+ z# X" v( g, J1 G2 s3 n
7 T8 p0 A# z$ E  j$ P
7 V4 ]3 @  w; P7 q; k6 \, z
                               
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6 g) b+ R, w9 ^" b  p
                               
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$ `) Y5 y0 A; n$ S! O+ X$ w
                               
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4 ~3 v4 y0 }9 p7 ~" O) o
                               
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积分,有:

" I1 [( O4 j' R* k5 K. H# v
2 x# N! O% A2 Q! W( q' ~0 P

" x& i. @% A6 Q9 R. W* x% G8 _                               
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' E% z+ o5 g# e- V( T+ |; K0 s3 s                               
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; X# V% P/ T5 V! Z  j左边的积分式子,可以直接根据速度场求解,即: 2 H) P7 Z) J* Z$ b- m

$ l/ h" G6 k! l% q& w, y) H                               
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& j7 `8 C1 V2 a$ \  `
现在只需要求出

' O4 b9 a  v7 Y, w; z. ?  n, F) y- p" v1 |                               
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,就能求出我们需要的
7 U' k- }% _/ M( `9 {+ q
                               
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。通过观察发现,在
4 S' T' a0 p1 s
                               
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中令
5 T0 Y- u" `& {* a/ E
                               
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即可得到我们想要的结果:, i3 x' V" h4 U2 ~* r8 c
+ J% @$ z3 R4 q

8 y/ Y* f( d) {2 f1 v& G/ a: U3 D
9 R4 N9 G& Z# t3 {; s
                               
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4 z2 u$ p' @# O, z/ Q- \" F
最终有:0 T, g' j) a! ~. d; _
7 H9 L; J' j! R5 c4 }8 I0 U

* [0 z/ \2 g" d9 L  e/ a4 E) v0 B                               
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) ~  X5 s6 t; I                               
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/ _+ d/ o, t& U: D0 B: M或者可在
' q" {$ |9 P5 _$ o8 }+ {+ F( j
                               
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中令
5 `: d5 i' ~5 a/ ]
                               
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代入
2 N, D' {/ H# G4 t/ j& E: J( |; Z
                               
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,有:
' l/ }( Z$ O: R8 [7 r9 L$ [
- q! U) w1 M! K7 y5 _& x$ `9 y1 B
# H$ [6 j& B$ q
6 p0 W! f9 F7 Z' c" X
                               
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) _9 J$ ?' Y& F" ?8 C- O                               
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( Y. Z! o; |6 Q) N( N
这样,利用

6 V; }, p, ^- B; C                               
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& s1 O" _1 k+ m3 o' d0 P
                               
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就可以进行流函数的编程计算。
2 e8 {0 k1 r- D2 X1 [+ A! }) H) Q
; O" F, _# U4 M$ W4 o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。6 L$ ~7 z, s# b  @) O( ~

+ K3 ]; E* R3 \3 n' l; c0 Y
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lyl
活跃在2022-11-2
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