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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
3 l! V- e5 l3 v0 B' E& A/ W
                               
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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:
0 }" {. u3 p% P7 `8 l& {0 F6 s- [0 {8 k5 f( y/ c  J

9 x3 V! K$ r$ ?, E# ?& z

  C  M$ V; i& k& Q. Z                               
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6 E* a  E! d9 _# M% v/ t( B
                               
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: J' Y3 N+ X- B3 L

! t: S" P3 m7 Z
4 |5 n5 o6 O6 k1 n% C+ Q1 Q
                               
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9 ]9 Z9 D, D! [( l
                               
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5 \2 Y7 u* P- Y! {) w
这样二维平面上的连续方程就能自动满足。
, ^1 b$ o; S! }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
: t8 c" q0 o, @
                               
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, ]! W$ k3 u# n" H! I( \                               
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方向和

. [" T0 p: _6 I9 {2 T* c+ ^                               
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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
3 O' ^. Q, H+ x$ Q" N
                               
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. d0 _' }+ s* Z+ Q* G) h
实际就是求积分),我们可以设:
2 @* Y! A5 a% i( b* l; U# h

# u& U* G6 G7 z2 A1 o+ h; {

4 {. b/ K6 d9 B* U                               
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& l9 B  g" \0 ^% z+ x! T从这个点积分到任一点

4 q7 C: [7 o' O) S& P                               
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。首先,
# U% R. ?: v2 Y9 y: `( A. E
                               
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对y积分,有:; I% G, I: k5 E* M) @6 A' W

- ]- o- N; C7 H! z+ e* C* I4 o0 f* m5 ]$ t$ D

" {: P* E" @6 w) h- H                               
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6 H7 }2 Z  c( N- d* o1 C- F
                               
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+ [- R) ]1 ~: h                               
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4 w& {! ]0 @5 O- x# J
                               
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积分,有:

9 j& l! E9 y' w; n7 m9 Y; m4 B% F8 q& Z* k5 H
* b+ D! N- W7 X' h; B& Z; M
                               
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$ s  I' t' b9 H9 q; D' j; e
                               
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- r0 M( {$ v% p# h. N! r左边的积分式子,可以直接根据速度场求解,即: . R: Q5 M# t, U9 K9 l) C! c
) f: j; v& J! x* W/ E
                               
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. f1 A$ n; G' z* D6 O! I
现在只需要求出
) P" s8 m7 q8 N4 [
                               
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,就能求出我们需要的
( {0 V' @2 d) v! p3 Q6 Q
                               
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。通过观察发现,在
3 t* ]7 b7 x) P9 v6 R
                               
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中令
5 z" F  M+ E. ~
                               
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即可得到我们想要的结果:! X2 q/ p8 B# ~) J

& r. E7 A- r9 Y8 a) f
! {- \) A, f3 T- q! q- k3 {

6 R; z9 y3 M! @/ m# ^                               
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9 i( }6 {- e: ^8 ]1 R最终有:/ B) k* M0 N. ]1 ?. k& h
$ T/ h  K$ @" l6 E! I
( U0 J* |' f3 J5 [' C* ~* v
                               
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" r$ T" ~9 I5 m. Q, v
                               
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* f& g, ]$ Y2 V1 E5 s: O; e或者可在

; `& {9 Q) Q( b5 k& e: R4 J6 w                               
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中令
6 [( V3 g- r5 p3 N4 A" A$ m' [
                               
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代入
+ T  O5 g& K- D7 l% X: x1 ?
                               
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,有:* L8 j  Y0 z- u4 M' K% Q" G  v! H
6 l  H. L. ~9 s; D1 v: {/ v
1 B- I5 {/ E9 p  a5 Y; ^! K2 [
, o! o9 W% ]8 t
                               
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8 b* i+ d* k6 [. O7 u& ?
                               
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0 Q- o( i" j& k, v) z1 ~
这样,利用

  O" n- l7 D1 i9 P                               
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" q0 n4 k: Z& K. k4 ?$ @                               
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就可以进行流函数的编程计算。- [6 j5 X/ b* j2 s  {; m* H

9 V$ W8 [# o4 S) h# c0 ~6 _  G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。
0 q0 K* `/ d3 a! A. v  p3 P
( A* c! b1 l2 i1 |% w$ ^6 F
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lyl
活跃在2022-11-2
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