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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

. H. c- q! n( C                               
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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:
! u2 x  M: U  o! G. \, B0 Q; M3 X- s& d: h1 B3 ?

- _4 E6 B0 R4 e9 n/ u& N

/ A6 Y. X, [' J  `                               
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" K) Q4 G1 K. k: G: Q
                               
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+ d- i  E) N6 R8 R5 D7 J8 s2 N% R8 o' v" X5 c! s4 \* w" S9 m

6 p$ R& |! a& a) Q$ r, l& s  h                               
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0 K! g# _. Y; }6 T* I
                               
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! J% g. y9 i% k; u: |! H/ L这样二维平面上的连续方程就能自动满足。, w  d) J$ r$ Q. U- o# B; 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

% }" M! p# b: ~- U& S                               
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( }! m+ N7 F7 l) t5 ?0 u( Q& R  w                               
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方向和
5 B3 Y+ V. T9 n. X
                               
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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
# W# y4 a2 [; Q# t! a
                               
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4 Y2 X- e# A0 z! n) ?4 D% l4 C
实际就是求积分),我们可以设:

( o4 J: r1 [, I" \( K2 U, Z  d/ x7 k: h1 `' i$ I$ D9 U0 c
3 d$ d7 D& Z" Q5 g) _/ U
                               
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$ C; c: k; K  {* m从这个点积分到任一点
9 V( m) _! l" f5 ~; `/ W
                               
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。首先,
' v+ T, A5 b( S7 N" z7 \( W7 }
                               
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对y积分,有:
4 ?8 L0 o  k6 Y$ A# `" a# t0 ^6 j" H! i. S& s9 @
/ u3 j* l! L( h2 D8 T0 R
, j$ y% {9 u+ J# f4 J
                               
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) Q1 q( K5 P  Y4 T3 a
                               
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% @7 B: l* S1 @2 ]' u- j+ _% u                               
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3 C/ _* j6 z6 p; e7 N) [                               
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积分,有:

( t0 ?7 d! [* M6 C5 @, P: E/ C: p, I! r; u. U

. w+ l5 D# \/ {0 i- L                               
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' x) C! @0 U( D: p4 Y( |# C+ \
                               
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. U# @1 V# M* n& [左边的积分式子,可以直接根据速度场求解,即:
' x6 K, L2 P) c' p6 ]+ c

/ |0 X) r* w7 m" ]. Z( N" T                               
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6 U" d) K& ~  `4 F/ P: s2 H, I
现在只需要求出

7 T( q( E& T2 q& r! a2 C                               
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,就能求出我们需要的
2 _. D/ l3 z8 a  A* @
                               
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。通过观察发现,在

& ?$ H% T6 C# T                               
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中令
9 k' X6 k0 f- W3 a9 ?
                               
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即可得到我们想要的结果:
3 {1 j0 p4 Z; N% h
& h. ~7 B  R3 [0 P3 D' }+ T; s! d

( ~8 F# {; m9 o% s  n( W                               
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6 t7 g7 N% T7 i$ r  u最终有:
# x' P7 _' |" u9 r. n; j6 e* a$ n- k% ~

8 W0 g! \8 i3 l/ x3 }2 ?                               
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' g- f+ h7 r* E, E$ N
                               
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4 s& V( N, f9 `1 d6 d或者可在

8 l/ _8 B% q3 C+ n. t: X                               
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中令

: l1 T$ x+ R  ~4 K9 D' e0 h                               
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代入

) N5 n7 ~8 k' I( i% Z( |                               
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,有:- |9 q/ a* G; ]5 r6 g
/ i$ T9 t1 q8 u/ Q1 F0 c3 A
- S/ D+ ^5 E. v

- S& q6 P1 K* J3 d                               
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: l" \" f4 n% Q, v
                               
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) ~/ M) J' \- [- C9 S这样,利用

$ G1 ~. p5 u9 q2 i- c" o                               
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' t, |  v; I5 _' l/ x9 O
                               
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就可以进行流函数的编程计算。8 w  S& K! b: z- ?. [6 O
# K, e" g/ h2 J* T/ m" b
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。) O" W/ {0 q1 U
3 O* z7 \+ D& O# O2 ?% I6 j
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lyl
活跃在2022-11-2
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