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使用混合模拟谱元的浅水流离散守恒特性。 (英语) Zbl 1382.65318号

摘要:采用混合拟谱元方法求解旋转浅水方程。混合方法使用了最近开发的谱元组织函数,它精确地满足了微积分关于一维标准拉格朗日基函数的基本定理。这些用于构造满足广义Stokes定理的张量积解空间,以及梯度算子被旋度湮没和旋度被散度湮没。这使得一阶矩(质量、涡度)以及更高阶矩(能量、势能拟能)能够精确守恒,但会受到时间步进方案截断误差的影响。连续性方程以强形式求解,使质量守恒保持点态,而动量方程以弱形式求解,使得涡度全局守恒。虽然质量、涡度和能量守恒适用于任何求积规则,但潜在的拟能守恒依赖于精确的空间积分。由于解空间的相容性和任意高阶空间误差收敛性,该方法具有弱形式的地转平衡表述。

MSC公司:

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
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
86A05型 水文学、水文学、海洋学
86A10美元 气象学和大气物理学
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参考文献:

[1] Thuburn,J.,《数值预报和气候模型动力核心的一些守恒问题》,J.Compute。物理。,227, 3715-3730 (2008) ·Zbl 1132.86314号
[2] Palha,A。;Gerritsma,M.,《二维不可压缩Navier-Stokes方程的质量、能量、拟能和涡度守恒(MEEVC)模拟谱元离散化》,J.Compute。物理。,328200-220(2017)·Zbl 1406.76064号
[3] 科特,C。;Shipton,J.,《数值天气预报的混合有限元》,J.Compute。物理。,231, 7076-7091 (2012) ·Zbl 1284.86005号
[4] 麦克雷,A。;Cotter,C.,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。《社会学杂志》,1402223-234(2014)
[5] Natale,A。;希普顿,J。;Cotter,C.,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, 1-31 (2016)
[6] 荒川,A。;Lamb,V.,《浅水方程的潜在拟能和能量守恒方案》,Mon。《天气评论》,109,18-36(1981)
[7] 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, 2016-2036 (2004)
[8] Salmon,R.,《浅水模型中保存能量和潜在拟能的一般方法》,J.Atmos。科学。,64, 505-531 (2007)
[9] 科特,C。;Thuburn,J.,《旋转浅水方程的有限元外部演算框架》,J.Compute。物理。,257, 1506-1526 (2014) ·Zbl 1351.76054号
[10] 泰勒,M。;Fournier,A.,非结构网格上的兼容保守谱元方法,J.Compute。物理。,229, 5879-5895 (2010) ·Zbl 1425.76177号
[11] Gerritsma,M.,谱元方法的边函数,(偏微分方程的谱和高阶方法。偏微分方程的谱和高阶方法,Lect.Notes Comput.Sci.Eng.,vol.76(2011),Springer),199-207·Zbl 1216.65168号
[12] Kreeft,J。;Gerritsma,M.,《斯托克斯流的混合模拟谱元法:无点发散解》,J.Compute。物理。,240, 284-309 (2013)
[13] Vallis,G.,《大气和海洋流体动力学:基础和大尺度环流》(2006),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社·Zbl 1374.86002号
[14] Thuburn,J。;林格勒,T。;斯卡马洛克,W。;Klemp,J.,任意结构C网格上地转模式的数值表示,J.计算。物理。,228, 8321-8335 (2009) ·Zbl 1173.86304号
[15] Kreeft,J。;Palha,A。;Gerritsma,M.,任意阶曲线四边形的模拟框架(2011)
[16] 希姆斯特拉,R。;托什尼瓦尔,D。;Huijsmans,R。;Gerritsma,M.,具有精确守恒性质的高阶几何方法,J.Compute。物理。,257, 1444-1471 (2014) ·Zbl 1351.78055号
[17] 布雷齐,F。;Fortin,M.,混合和混合有限元方法,Springer Ser。计算。数学。,第15卷(1991),施普林格·Zbl 0788.7302号
[18] Boffi,D。;布雷齐,F。;Fortin,M.,《混合有限元方法和应用》,Springer Ser。计算。数学。,第1卷(2013),施普林格出版社·Zbl 1277.65092号
[19] 阿诺德·D·。;Boffi,D。;Bonizzoni,F.,曲线立方网格上的有限元微分形式及其近似性质,数值。数学。,129,1-20(2015年)·Zbl 1308.65193号
[20] 阿诺德·D·。;Awanou,G.,立方体网格上的有限元微分形式,数学。计算。,83、288、1551-1570(2013)·Zbl 1297.65142号
[21] 阿诺德·D·。;Boffi,D。;Falk,R.,四边形h(div)有限元,SIAM J.Numer。分析。,43, 6, 2429-2451 (2005) ·Zbl 1086.65105号
[22] Bossavit,A.,《计算电磁学和几何:(1)网络方程》,J.Jpn。Soc.申请。电动发电机。,7,2150-159(1999年)
[23] Bossavit,A.,《计算电磁学和几何:(2)网络本构定律》,J.Jpn。Soc.申请。电动发电机。,7, 3, 294-301 (1999)
[24] Bossavit,A.,《计算电磁学和几何:(3)收敛》,J.Jpn。Soc.申请。电动发电机。,7, 4, 401-408 (1999)
[25] 博萨维特,A.,《计算电磁学和几何学:(4)从自由度到场》,J.Jpn。Soc.申请。电动发电机。,8, 1, 102-109 (2000)
[26] 博萨维特,A.,《计算电磁学和几何学》:(5)《伽勒金·霍奇》,J.Jpn。Soc.申请。电动发电机。,8, 2, 203-209 (2000)
[27] Arnold,D.N。;福尔克,R.S。;Winther,R.,《有限元外部微积分、同调技术和应用》,《数值学报》。,15, 1-155 (2006) ·Zbl 1185.65204号
[28] Arnold,D.N。;福尔克,R.S。;Winther,R.,《有限元外部演算:从霍奇理论到数值稳定性》,布尔。美国数学。《社会学杂志》,47,2,281-354(2010)·Zbl 1207.65134号
[29] Palha,A。;Rebelo,P。;希姆斯特拉,R。;Kreeft,J。;Gerritsma,M.,单网格和双网格上的物理兼容离散化技术,应用于体积形式的泊松方程,J.Comput。物理。,257, 1394-1422 (2014) ·Zbl 1352.65629号
[30] Robidoux,N.,多项式组织极化、超收敛自由度和伪谱离散Hodge算子,未出版
[31] 亚伯拉罕,R。;Marsden,J.E。;Ratiu,T.,流形,张量分析和应用,应用。数学。科学。,第75卷(2001),施普林格出版社·Zbl 0875.58002号
[32] Frankel,T.,《物理学的几何学》(2004),剑桥大学出版社·Zbl 1049.58001号
[33] 萨多尼,R。;Basdevant,C.,准营养模型中亚网格尺度正压和斜压涡旋的参数化:预期潜在涡度方法,J.Atmos。科学。,4231353-1363(1985年)
[34] Eldred,C。;Randall,D.,《使用哈密顿方法的浅水方程的总能量和势能能守恒格式》。第1部分:。衍生和特性,地质科学。模型开发,10791-810(2017)
[35] 卡尼亚达基斯,G。;Sherwin,S.,《计算流体动力学的谱/hp元方法》(2005),牛津大学出版社·Zbl 1116.76002号
[36] 梅尔文,T。;Staniforth,A。;Thuburn,J.,《光谱元素法的色散分析》,Q.J.R.Meteorol。Soc.,1381934-1947(2012)
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