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旋转浅水方程的节能逆风兼容有限元格式。 (英语) Zbl 1453.65438号

摘要:我们提出了一种使用兼容有限元的旋转浅水方程的节能空间离散化。它基于能量和拟能守恒哈密顿公式,如[A.T.T.麦克雷C.J.科特,“基于模拟有限元的浅水方程的能量守恒和变形守恒方案”,Q.J.R.Meteorol。Soc.140,第684、2223–2234号(2014年;doi:10.1002/qj.2291)],并将其扩展到速度和深度平流中包括逆风,以增加稳定性。在能量守恒的情况下,对不可压缩欧拉方程引入了速度上卷[A.纳塔莱C.J.科特IMA J.数字。分析。38,第3期,1388–1419(2018年;Zbl 1408.65069号)],而在哈密顿有限元环境中,深度场中的上卷是这里新描述的。通过将空间离散化与能量守恒时间离散化耦合,验证了能量守恒特性。此外,当包括深度场中的上翘时,离散化证明可以提高场的稳定性。

理学硕士:

65页第10页 含辛积分器哈密顿系统的数值方法
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
86A10美元 气象学和大气物理学
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
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参考文献:

[1] Abgrall,R.,《剩余分配方案:现状和未来趋势》,计算。流体,35,7,641-669(2006)·Zbl 1177.76205号
[2] Arnold,D.N。;布雷齐,F。;科克伯恩,B。;Marini,L.D.,椭圆问题间断Galerkin方法的统一分析,SIAM J.Numer。分析。,39, 5, 1749-1779 (2002) ·Zbl 1008.65080号
[3] Bauer,W。;Cotter,C.J.,《带滑移边界条件的旋转浅水方程的节能兼容有限元格式》,J.Compute。物理。,373, 171-187 (2018) ·Zbl 1416.65335号
[4] 布鲁克斯,A.N。;Hughes,T.J.R.,对流主导流的Streamline迎风/Petrov-Galerkin公式,特别强调不可压缩Navier-Stokes方程,计算。方法应用。机械。工程师,32,1-3,199-259(1982)·兹标0497.76041
[5] 科克伯恩,B。;Karniadakis,G.E。;Shu,C.W.,不连续伽辽金方法的发展,(不连续伽辽金方法(2000),施普林格),3-50·Zbl 0989.76045号
[6] 科恩,D。;Hairer,E.,泊松系统的线性保能积分器,BIT-Numer。数学。,51, 1, 91-101 (2011) ·Zbl 1216.65175号
[7] 科特,C.J。;Shipton,J.,《数值天气预报的混合有限元》,J.Compute。物理。,231, 21, 7076-7091 (2012) ·Zbl 1284.86005号
[8] Eldred,C。;Dubos,T。;Kritsikis,E.,《热浅水方程的准哈密顿离散化》,J.Compute。物理。,379, 1-31 (2019) ·Zbl 07581561号
[9] 福特,R。;格洛弗,M.J。;Ham,D.A。;梅纳德,C.M。;Pickles,S.M。;莱利,G。;木材,N。;Ho,Gung,exascale机器上天气和气候预测的代码设计,(ExascaleApplications and Software Conference论文集(2013))
[10] Galewsky,J。;斯科特·R·K。;Polvani,L.M.,《测试全球浅水方程数值模型的初始值问题》,Tellus,Ser。A Dyn公司。美托洛尔。海洋学家。,56, 5, 429-440 (2004)
[11] Gassmann,A。;Herzog,H.J.,《使用广义哈密顿工具建立一致的数值可压缩非静力模型》,Q.J.R.Meteorol。《社会学杂志》,1346351597-1613(2008)
[12] Gibson,T.H。;米切尔,L。;Ham,D.A。;Cotter,C.J.,Slate:将Firedrake的领域特定抽象扩展到地球科学及其他领域的混合求解器(2018)
[13] Homolya,M。;米切尔,L。;卢波里尼,F。;Ham,D.A.,TSFC:一个结构表示形式编译器,SIAM J.Sci。计算。,40,3,C401-C428(2018)·Zbl 1388.68020号
[14] Kuzmin,D.,《输运方程数值方法指南》(2010),埃朗根-纽伦堡大学
[15] 库兹明,D。;Löhner,R。;Turek,S.,通量校正传输:原理、算法和应用(2012),施普林格
[16] Lee,D。;Palha,A.,立方球体上旋转浅水方程的混合模拟光谱元素模型(2018)·Zbl 1416.65353号
[17] 卢波里尼,F。;哈姆,D.A。;Kelly,P.H.J.,有限元积分回路优化算法,ACM Trans。数学。软质。,44,1,第3条pp.(2017年3月),1-26 pp·Zbl 1380.65381号
[18] 麦克雷,A.T.T。;Cotter,C.J.,《基于模拟有限元的浅水方程的能量守恒和变形守恒格式》,Q.J.R.Meteorol。Soc.,1406842223-2234(2014年2月)
[19] Morrison,P.J.,流体和等离子体的泊松括号,AIP会议记录,第88卷,13-46(1982),AIP·Zbl 0588.76004号
[20] 莫里森,P.J.,理想流体的哈密顿描述,Rev.Mod。物理。,70, 2, 467 (1998) ·Zbl 1205.37093号
[21] 莫里森,P.J。;Greene,J.M.,《流体力学和理想磁流体力学的非正则哈密顿密度公式》,物理学。修订稿。,45, 10, 790 (1980)
[22] Natale,A。;Cotter,C.J.,二维湍流能量守恒有限元格式中的尺度选择性耗散,QJRMS,143,705,1734-1745(2017)
[23] Natale,A。;Cotter,C.J.,《理想不可压缩流体的变分H(div)有限元离散化》,IMA J.Numer。分析。,38, 3, 1388-1419 (2017) ·Zbl 1408.65069号
[24] Natale,A。;希普顿,J。;Cotter,C.J.,地球物理流体动力学的兼容有限元空间,Dyn。统计气候系统。,1, 1 (2016)
[25] Rathgeber,F。;Ham,D.A。;米切尔,L。;兰格,M。;卢波里尼,F。;麦克雷,A.T.T。;Bercea,G.T。;Markall,G.R。;Kelly,P.H.J.,Firedrake:通过组合抽象实现有限元方法自动化,ACM Trans。数学。柔和。(TOMS),43,3,24(2016)·Zbl 1396.65144号
[26] Salmon,R.,《浅水方程的能量和势传感守恒算法构造的泊松括号法》,J.Atmos。科学。,61, 16, 2016-2036 (2004)
[27] Shepherd,T.G.,《地球物理流体动力学中的对称性、守恒定律和哈密顿结构》,《高级地球物理学》。,32, 287-338, 2 (1990)
[28] 希普顿,J。;Gibson,T.H。;Cotter,C.J.,球面上非线性旋转浅水方程的高阶兼容有限元格式,J.Compute。物理。,375, 1121-1137 (2018) ·Zbl 1416.86014号
[29] Toro,E.F.,《自由表面浅层流体的冲击捕获方法》(2001),威利:威利-奇切斯特,英国·Zbl 0996.76003号
[30] 威廉姆森,D.L。;Drake,J.B。;哈克·J·J。;雅各布,R。;Swarztrauber,P.N.,球面几何中浅水方程数值近似的标准测试集,J.Compute。物理。,102, 1, 211-224 (1992) ·Zbl 0756.76060号
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