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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

) A4 y7 k9 D+ a, E8 P  T8 h                               
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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:$ c0 a9 q+ t3 J

4 z/ P4 g& ]7 N3 A3 b( c1 ^$ o# n: Y1 s+ h7 N* T
! S, F9 ~4 S! Z9 O( ?3 i
                               
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; k' z; ]8 g7 P+ G3 u                               
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! B1 _! E5 w5 f5 v; @% x" ?) `; U. E, ~
- J( _7 |3 c+ a- V
                               
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# N2 x' U3 f7 W+ D
                               
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- E( G: A, _$ m3 _& s这样二维平面上的连续方程就能自动满足。' S: w  q0 C* Q
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
7 R. f2 Z1 f9 A' E2 H
                               
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# b. \" w7 i! y: c5 J+ F3 @                               
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方向和
( p6 Y2 \. z/ Y7 t' b0 A2 G3 d
                               
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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

8 h; q. A6 @9 M                               
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& |- G9 ?: u# e1 C
实际就是求积分),我们可以设:

# B2 B* F; n6 d9 O' i$ d9 Q- ?! |  L- }
2 ^1 C/ I! q" I5 I; a
                               
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6 k9 v& `. l, x7 M" o0 Z/ t: o
从这个点积分到任一点

$ y* x6 Y4 E( i0 i- U/ l7 o                               
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。首先,
* Z8 I  X- N8 r% B1 z. X
                               
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对y积分,有:
& N0 U' q9 T" `/ O/ i1 M
6 r" w5 o$ j* Q9 G  x
. l/ @7 V) `3 u/ @4 m& N

% w0 e2 T9 U' Q8 q7 T: C2 C                               
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1 `- G0 K3 l9 Q# ~, a. w8 e                               
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9 O4 W: Z! L% \' S                               
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; [7 I9 u" P4 t
                               
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积分,有:
! j( s! w9 w! v# E

1 ^9 ^2 r/ t, p# e
7 D) p7 E) f6 r) T
                               
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& ~4 A9 `1 t3 y4 Y% D, I' M
                               
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& K6 R+ b* R0 V2 S$ q# N- `: A左边的积分式子,可以直接根据速度场求解,即: 3 `+ e; Z. N& G  H8 N

1 H+ e! y, o; I                               
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( R" K% r9 A" o6 X8 M现在只需要求出
5 X2 s3 h# v& m- ^- F! a0 D. ?
                               
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,就能求出我们需要的
+ [; n( }0 z' ]6 y# E
                               
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。通过观察发现,在

2 b8 j+ v) Q' Z4 t* {6 H( t& d5 M                               
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中令

* D% `& v' a2 K) N                               
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即可得到我们想要的结果:* B7 ~. X9 m* L! [1 c

* }" s, Q0 E( [" u- P* p$ M  M% Z9 x% P8 H
, b7 e8 ?9 v. V% c
                               
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$ H# c3 U/ S* a, U最终有:
' s' F! Z+ d% a
) H. Y" \/ u8 i# I
( \$ m1 v& C6 m2 M8 R. p7 u& s
                               
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, G* P  f% n  w' E; R9 u
                               
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; J2 z- [" j2 |( k& a- ?) {或者可在
, E; d/ w( o& y& I8 N4 F& S7 Z
                               
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中令

  i7 W. l# \2 x4 l                               
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代入

/ @: g$ v/ e. X                               
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,有:
9 P  Y8 T0 R( S$ j/ g6 _7 b5 ~* ]; Y0 J* E0 ^. `6 `2 E* W* N% L- p
3 p6 k, z) h4 z) S# d$ n! H
' M' w2 v0 |! R0 I& T
                               
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, c! z. ?$ w) i  C  ~+ `
                               
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% n) m, z3 I) R
这样,利用

% ]: ]( u- W) h! D                               
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! Q) ^! s' U6 r                               
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就可以进行流函数的编程计算。
7 b3 g  K  Z8 r5 b9 C6 ]
! b# H1 L8 B# F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。
  f# Y4 y' `7 k" a, |
+ c" y. K. B. d3 R
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lyl
活跃在2022-11-2
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