数学 > 数值分析
[提交于 2025年5月14日
(v1)
,最后修订 2025年8月29日 (此版本, v2)]
标题: 球面上的热准地转模型:推导与结构保持模拟
标题: Thermal quasi-geostrophic model on the sphere: derivation and structure-preserving simulation
摘要: 我们通过热旋转浅水方程的渐近展开推导了球面上的全局热准地转模型。该模型不依赖科里奥利力的渐近展开,并通过包括一个额外的输运浮力场来扩展球面上的准地转模型,该场作为位势涡度的源项。我们给出了其以半直积李-泊松括号形式的哈密顿描述。哈密顿公式揭示了存在无限多个守恒定律,即卡西米尔,这些由两个任意光滑函数参数化。基于泽特林为流体力学提出的自洽矩阵近似,提供了一种保持结构的离散化方法。采用保持卡西米尔的时间积分器,以数值上完全保留所得的有限维李-泊松结构。模拟结果揭示了涡度和浮力前沿的形成,以及由浮力-地形相互作用引起的浮力动力学中的大尺度结构。
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