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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 j% f( g$ N2 T; f; u. s& V( \
                               
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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:
1 o/ z5 y, }  R0 q! n& B* h( r! q! ]2 i# L) q3 N

/ r+ E) ]$ i* O- }3 [: k. T  J

* p8 B5 K, i8 Q/ v                               
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8 v* k: H+ c$ v! U+ `
                               
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  ^2 ?8 B; p3 Z3 l. U, ?( L% P8 I$ W: y$ b9 w2 P
& W1 P( _. l7 v/ j3 j
                               
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; t3 d( r1 u3 d( a$ ]
                               
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- n6 g8 [$ q7 Z
这样二维平面上的连续方程就能自动满足。
2 ?* }( [" z. ~7 J  r5 }  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
- M4 s( Y& d  k7 S+ A
                               
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9 h7 ~* T$ S$ N1 Q. z
                               
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方向和
! h" u: Q4 L& x' _8 Y4 |
                               
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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& L6 Q( X2 }9 ]0 n) G% l3 {  j
                               
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% f6 v$ s4 H* }7 K
实际就是求积分),我们可以设:
; ~7 W2 k& j9 o: p

0 f/ G0 ~+ ^0 e9 d# T- o
9 c9 X% }7 C. h0 ]
                               
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6 p8 q) Y! b; P. v
从这个点积分到任一点
/ U' a- P6 m& j8 U! x$ G  o
                               
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。首先,
% p& P) }* A& m0 L+ L9 i
                               
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对y积分,有:
! I* ~/ V0 J  L- A* e7 X( ^
8 g; j: n5 j2 v6 M4 d1 g. X: w
2 w8 _* s, M" g$ X: {

% P1 ?; z8 D2 f+ h4 t' P' X( B% o                               
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& h& D' \$ l' u& A" m% P; R                               
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, ]2 O2 e3 \0 t
                               
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8 b' |& H) q9 G# }: d4 [% s' |
                               
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积分,有:
. f& B1 P$ Y4 T1 i
9 Q5 j- x# f2 k: x5 @
0 H6 |( H7 @+ s2 F* \* @
                               
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( u. p) s9 T# }2 y  Y                               
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: u& I( b. u- e6 B- o  q' ]1 o) O  f+ y
左边的积分式子,可以直接根据速度场求解,即:
! y. P2 J4 C6 j" T6 i& A

' f  b0 k  N7 q                               
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+ b* h' o; j8 z# P& ~. ^现在只需要求出

' m* S7 H  h/ A                               
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,就能求出我们需要的
( F0 v% [  k2 x. g" Z5 _
                               
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。通过观察发现,在
5 o3 x$ d  p; r5 Z( A
                               
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中令
" s3 `4 R, Z; J& u+ K
                               
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即可得到我们想要的结果:) R0 L, J+ S& B* Q7 p0 C) F
3 G9 k8 \, A8 P( e$ R  ]
" i8 I# R% y1 t) o( S' c, z+ C
9 p9 }! L5 m  y+ s. z
                               
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3 P* Z5 Y! T9 v: A& o" M" y/ z0 ^6 w6 M
最终有:- l  k- s  h  k/ T  c

0 o; \& V6 A. c) O! Q

  e$ O0 f2 g; D% n9 Z                               
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! v  d* Z9 {6 j  o                               
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, e3 R+ Z8 o  _! b7 ?
或者可在

) ]5 V( _/ z7 h" Z4 |                               
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中令
& G6 i4 ]/ s' C4 E9 V4 L8 P
                               
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代入

' _$ d0 a! H0 H- L4 X" @# P) Y; O                               
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,有:
+ h8 u) X( s* i' k' X/ S( _, E* G2 V% R/ {

; k* a5 h; [8 w8 O- e! `
1 Q7 U9 O5 F2 B6 ], _1 K( f
                               
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; o5 E0 G2 Z9 ~. l2 s. \                               
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; u8 A) A7 @/ s6 Z% p这样,利用
( j6 X' |: V& W/ [
                               
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. Z5 N# H2 ~5 q# y" k
                               
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就可以进行流函数的编程计算。, @) [: B) ?0 z) A! r0 c# B, i/ s
$ G% i4 b6 ^0 C' T1 c. g. O0 o8 U
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。' |- l# t; ?% D9 B8 E. j& d
' O, r% S) d' t9 o2 X# [5 y
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lyl
活跃在2022-11-2
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