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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

' \5 @0 j3 `- G& o0 k                               
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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:
" o) w. c/ W+ z9 Y; t8 m# p  j4 G3 Z

- q  j' A! ]' |) C7 L* U
; h; p" q; q2 x$ u
                               
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: a+ p& y; A5 e5 W8 f
                               
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$ W1 ~. t. S4 b# v) ]7 v1 q5 p

' d# ]/ r8 S0 Q5 k

3 K! P; g; U# _5 [! f' c6 V, p                               
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! l7 j* U1 w$ w, T6 J7 G                               
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' l7 K5 _0 q4 h
这样二维平面上的连续方程就能自动满足。. p9 S- F" T6 B' ?
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
* C; U9 ?4 j) f4 V5 x  v: P
                               
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: f( I, \! A. f5 |3 f
                               
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方向和
% p' U3 c$ K+ C8 ~9 J
                               
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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
9 z7 ?0 ]- [* u& t
                               
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  f- ?; x4 Y, C6 t6 c  d
实际就是求积分),我们可以设:
6 {; ~7 R5 v% ]8 D+ n% G/ s& [
9 W4 u, M4 N+ e0 A9 o% h( _. A
, N, q% t" F; b
                               
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) R! l6 p, V9 H( ]/ V1 [% h1 {从这个点积分到任一点

+ ~" ?7 j4 _: N$ U! b5 R                               
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。首先,

# O  n% Y6 [% G( ]0 `; v5 u                               
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对y积分,有:1 ?$ h" S0 Z( @6 C+ ]% ]# J& B

; \' V7 M0 R, w0 n7 t1 t( m) H2 i% w, c7 G
% d) J4 K5 R9 i& g7 H% h
                               
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% _+ G: [+ J/ L: |
                               
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5 I6 X7 F( c- r; H8 Q* U9 W                               
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% S) M/ U3 |$ |  @
                               
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积分,有:

, I) F9 j' h8 y) s) P( n0 @
- C) U3 v0 Q& l- n; M, h/ ^( B
9 |, L( h1 n/ g* k: z$ v' J
                               
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6 G/ |2 ~# A. q) W8 Y/ K; z
                               
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7 |7 t# ~1 y, Y$ o  e: Z左边的积分式子,可以直接根据速度场求解,即: 4 S8 S: B3 y( V6 @/ M
0 ]  y. E' w. |  i' S& y9 t: g+ u
                               
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' @- _  U% m) P& U7 f$ h现在只需要求出

( y8 Z& l2 O& G                               
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,就能求出我们需要的

5 _& c. s2 H1 M- Y1 @5 P                               
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。通过观察发现,在

6 [' H. E5 M; ?6 y' C9 l                               
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中令
: T) \* }$ L9 y2 P% q/ d' o" B
                               
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即可得到我们想要的结果:+ h8 T2 [. {* W/ z( ~

; l$ R2 I) o( s& x$ t# r& Z7 t! E( E. I9 \
. Y; O* y+ S+ S+ z6 ?4 ^; ?* m
                               
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# j4 ?3 Q! ~" x( h9 O$ Q4 S最终有:: l- e9 q+ S4 t
3 l/ A/ r! h3 _1 f, e/ X
) g  e! z) c* [# q3 O1 o8 C6 R
                               
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) |# l. t3 h" [, S+ u0 y                               
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# m1 |9 G+ j& q, m$ j: B4 |4 F7 R或者可在

- c) ?5 U( O0 R5 E6 X* ]                               
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中令

$ y/ ]5 W$ S: p! a3 {                               
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代入
3 ?" G+ i4 C! c+ `3 r8 U& O
                               
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,有:8 l; X2 O& ^7 c4 d: ^; I/ X

0 [5 u% W1 k+ y
: u1 l! y9 `2 i+ a$ U! \1 _

# R- J8 a. C% z& w                               
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. Y( F& Y0 T( h) s. H! l8 A; }7 X                               
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( w6 C* c9 S$ d
这样,利用

# s: V: I9 G6 p" q                               
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& @+ {7 w7 H$ q( W3 p/ z* k* }                               
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就可以进行流函数的编程计算。
7 J: U& R* f2 }3 ?5 {+ g+ {
& _8 O+ N9 R* d& d6 _6 `8 X% 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。, Z5 q- x; l2 ^

& s  L4 c; E. V4 F
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lyl
活跃在2022-11-2
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