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多边形球面网格上旋转浅水方程的原对偶模拟有限元格式。 (英语) Zbl 1349.76273号

摘要:提出了一种用准均匀多边形网格求解旋转球体上浅水方程的新的数值方法。该方法使用特殊的有限元函数空间族来模拟连续方程的关键数学特性,从而获得与平衡和守恒相关的一些理想物理特性。该方法依赖于两个新特性。首先是使用复合有限元在一般多边形网格上提供合适的有限元空间。第二是使用对偶有限元空间在原始网格的对偶网格上,以及适当定义的离散Hodge星算子,以在原始网格和对偶网格之间进行映射,从而可以在对偶网格中使用有限体积格式来计算潜在的涡量通量。所得到的方法与前面介绍的有限体积方法具有相同的模拟特性,但在许多标准测试用例上更准确。

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76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
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
76U05型 旋转流体的一般理论

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参考文献:

[1] Arnold,D.N。;Boffi,D。;Bonizzoni,F.,曲线三次网格上的有限元微分形式及其逼近性质,数值。数学。,129, 1-20 (2015) ·Zbl 1308.65193号
[2] Beirão da Veiga,L.公司。;布雷齐,F。;Cangiani,A。;Manzini,G。;马里尼,L.D。;Russo,A.,虚拟元素方法的基本原理,数学。模型方法应用。科学。,199-214年3月23日(2013年)·Zbl 1416.65433号
[3] Beirão da Veiga,L.公司。;布雷齐,F。;马里尼,L.D。;Russo,A.,《徒步旅行者虚拟元素方法指南》,数学。模型方法应用。科学。,24, 1541-1573 (2014) ·Zbl 1291.65336号
[4] Bochev,P.B。;Ridzal,D.,四边形网格上最低阶Raviart-Tomas单元的修复,SIAM J.Numer。分析。,47, 487-507 (2008) ·Zbl 1190.65169号
[5] Bossavit,A.,《计算电磁学:变分公式、互补性、边缘元素》,学术出版社《电磁学丛书》,第2卷(1998年),学术出版社:圣地亚哥学术出版社·Zbl 0945.78001号
[6] 布法,A。;Christiansen,S.H.,关于重心细化的对偶有限元复合体,数学。计算。,76, 1743-1769 (2007) ·Zbl 1130.65108号
[7] Christiansen,S.H.,《细胞复合体上相容微分形式空间的构建》,数学。模型方法应用。科学。,18, 739-757 (2008) ·Zbl 1153.65005号
[8] Christiansen,S.H.,多面体上的最小混合有限元,C.R.Acad。科学。巴黎,348217-221(2010)·Zbl 1186.65148号
[9] 科特,C.J。;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
[10] 科特,C.J。;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
[11] Danilov,S.,《关于三角C网格型离散化在大规模海流数值模拟中的应用》,ocean Dyn。,60, 1361-1369 (2010)
[12] Galewsky,J。;斯科特·R·K。;Polvani,L.M.,《测试全球浅水方程数值模型的初值问题》,Tellus A,56,429-440(2004)
[13] Heikes,R。;Randall,D.,扭曲二十面体网格上浅水方程的数值积分。第二部分:网格的详细描述和数值精度分析,Mon。《天气评论》,123,1881-1997(1995)
[14] Hittmair,R.,离散Hodge算子,数值。数学。,90, 265-289 (2001) ·Zbl 0993.65130号
[15] Le Roux,D.Y。;罗斯坦德,V。;Pouliot,B.,二维有限元浅水模型中数值诱导振荡的分析。第一部分:惯性重力波,SIAM J.Sci。计算。,2331-360(2007年)·兹比尔1387.76055
[16] 锁,S.-J。;比泽,H.-W。;Coals,A。;加迪安,A。;Mobbs,S.,《用于研究非常陡峭山丘大气流的3D地形的切分表示法的演示》,孟买。《天气评论》,140,411-424(2007)
[17] 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。《社会学杂志》,1402223-234(2014)
[18] 梅尔文,T。;Staniforth,A。;Cotter,C.,矩形上的二维混合有限元对,Q.J.R.Meteorol。Soc.,140930-942(2014年)
[19] 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)
[20] 梅尔文,T。;Thuburn,J.,复合有限元的波频散特性,J.计算。物理学。(2015),提交出版
[21] Nédélec,J.-C.,《(R^3)中的混合有限元》,数值。数学。,35, 315-341 (1980) ·Zbl 0419.65069号
[22] Palha,A。;Rebelo,P.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及其在体积形式泊松方程中的应用》,J.Compute。物理。,257, 1394-1422 (2014) ·Zbl 1352.65629号
[23] 林格勒,T.D。;Thuburn,J。;Klemp,J.B。;Skamarock,W.C.,任意结构C网格能量守恒和位涡动力学的统一方法,J.Compute。物理。,2293065-3090(2010年)·Zbl 1307.76054号
[24] Staniforth,A。;Thuburn,J.,《全球天气和气候预测模型的水平网格:综述》,Q.J.R.Meteorol。Soc.,138,1-26(2012)
[25] Taylor,医学硕士。;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
[26] Thuburn,J。;Cotter,C.J.,任意多边形网格上旋转浅水方程的模拟离散化框架,SIAM J.Sci。计算。,34, 203-225 (2012) ·Zbl 1246.65155号
[27] Thuburn,J。;科特,C.J。;Dubos,T.,《一个模拟、半隐式、前向时间、有限体积浅水模型:六边形椭球网格和立方球体网格的比较》,《地球科学》。模型开发,7909-929(2014)
[28] Thuburn,J。;林格勒,T.D。;西卡罗来纳州斯卡莫罗克。;Klemp,J.B.,任意结构C网格上地转模式的数值表示,J.Compute。物理。,228, 8321-8335 (2009) ·Zbl 1173.86304号
[29] Ullrich,P.A.,理解大气模型中波浪的处理。第1部分:一维线性化浅水方程的最短解析波,Q.J.R.Meteorol。Soc.,1401426-1440(2014年)
[30] Weller,H.,《控制任意结构C网格的计算模式》,Mon。Weather修订版,1403220-3234(2012)
[31] Weller,H.,任意多边形C网格的非正交版本和新的钻石网格,Geosci。模型开发,779-797(2014)
[32] 威廉姆森,D.L。;Drake,J.B。;哈克·J·J。;雅各布,R。;Swartztrauber,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, 211-224 (1992) ·Zbl 0756.76060号
[33] 泽鲁卡特,M。;木材,N。;Staniforth,A。;怀特,A.A。;Thuburn,J.,球面上浅水方程的固有质量守恒半隐式半拉格朗日离散化,Q.J.R.Meteorol。Soc.,135,1104-1116(2009)
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