شبیه‌سازی عددی مستقیم چرخش اقیانوسی شبه‌ژئوستروفیک یک ‎لایه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه پژوهشی اتمسفر زمین و علوم فضایی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم،قم،ایران

2 مرکزمطالعات هوافضا، ،دانشگاه قم،،قم،ایران

چکیده

در این پژوهش یک استراتژی شبیه‎سازی عددی مستقیم با استفاده از طرح عددی آراکاوا برای معادله انتقال ورتیسیتی باروتروپیک در یک حوزه اقیانوسی کم‎عمق با فرض نیروی اجباری متکی بر باد با دو هسته متقارن و اتلاف در یک مدل ‎یک‎لایه بکار گرفته شده ‎است. شبیه‌سازی عددی مستقیم با حل دقیق این معادله برای دو مسئله با مقادیر عدد رینولدز و عدد راسبی متفاوت مقایسه خواهد شد تا توانایی این الگو در محاسبه دینامیک جریان ارزیابی شود. با بررسی نتایج حاصل از این مقایسه می‎توان پی برد که این رویکرد دارای دقت بالایی بوده و توانایی پیش بینی مقادیر میدان جریان را دارد. همچنین نتایج حاصل نشان می‎دهد که شبیه سازی عددی مستقیم معادله انتقال ورتیسیتی باروتروپیک موفق شده‎ تا ایجاد یک الگوی چرخشی آشفته را در کوتاه مدت پیش بینی کند. در این پیش بینی مشخص شد که افزایش دو عدد رینولدز و عدد راسبی منجر به اضمحلال برخی گردابه ها به دلیل کاهش استهلاک لازم برای بقای آشفتگی در گذر زمان خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

  1. Stewart, R. H. “Introduction to physical oceanography”, Oceanography, Texas A&M University Libraries, 2008.
  2. Plata, L., Filonov, A., Tereshchenko, I., Nelly, L., Monzón, C., Avalos, D., and Vargas, C. “Geostrophic currents in the presence of an internal waves field in Bahía de Banderas, México”, e-Gnosis., Vol. 4. No. 18, 2006. Doi: 10.7773/cm.v33i2.1013
  3. Reid, J. L., and Mantyla, A. W. “The effect of the geostrophic flow upon coastal sea elevations in the northern North Pacific Ocean”, J. Geophys. Res. Vol. 81, No. 18, pp. 3100-3110, 1976. Doi: 10.1029/jc081i018p03100
  4. Edwards, T. K., Smith, L. M., and Stechmann, S. N., “Spectra of atmospheric water in precipitating quasi-geostrophic turbulence”, Geophys. Astro. Fluid. Vol. 114, No. 6, pp.715-741, 2020. Doi: 10.1080/03091929.2019.1692205
  5. Arakawa, A., “Computational design for long-term numerical integration of the equations of fluid motion: Two-dimensional incompressible flow. Part I”, J. Comput. Phys. Vol. 135, No. 2, pp.103-114, 1997. Doi: 10.1006/jcph.1997.5697
  6. Lilly, D. K., “On the computational stability of numerical solutions of time-dependent non-linear geophysical fluid dynamics problems”, Mon. Weather. Rev. Vol. 93, No. 1, pp.11-25, 1965. Doi: 0493(1965)093%3C0011:otcson%3E2.3.co;2
  7. Edwards, T. K., Smith, L. M., and Stechmann, S. N., “Spectra of atmospheric water in precipitating quasi-geostrophic turbulence”, Geophys. Astro. Fluid. Vol. 114, No. 6, pp.715-741, 2020. Doi: 10.1080/03091929.2019.1692205
  8. Barbi, G., Capacci, D., Chierici, A., Chirco, L. Giovacchini, V., and Manservisi, S., “A numerical approach to the fractional Laplacian operator with applications to quasi-geostrophic flows”, J. Phys. pp.012013, 2022. Doi: 10.1088/1742-6596/2177/1/012013
  9. Rahman, S. M., San, O. and Rasheed, A., “A hybrid approach for model order reduction of barotropic quasi-geostrophic turbulence”, Fluids. Vol. 3, No. 4, pp.86, 2018. Doi: 10.3390/fluids3040086
  10. Williamson, D. L., “Integration of the barotropic vorticity equation on a spherical geodesic grid”, Tellus. Vol. 20, No. 4, pp.642-653, 1968. Doi: 10.1111/j.2153-3490.1968.tb00406.x
  11. Li, Y., and Chao, J., “Preferred equilibrium solutions of the barotropic vorticity equation”, Theor. Appl. Climatol. Vol. 141, No. 1-2, pp.433-441, 2020. Doi: 10.1007/s00704-020-03232-1
  12. Abd-el-Malek, M. B., and Amin, A. M., “Lie group method for solving viscous barotropic vorticity equation in ocean climate models”, Computer Math. Appl. Vol. 75, No. 4, pp.1443-1461, 2018. Doi: 10.1016/j.camwa.2017.11.016
  13. Mou, C., Wang, Z., Wells, D. R., Xie., and X. Iliescu, T., “Reduced order models for the quasi-geostrophic equations: A brief survey”, Fluids, Vol. 6, No. 1, pp.16, 2020. Doi: 10.3390/fluids6010016
  14. Jamal, S., “New multipliers of the barotropic vorticity equations”, Anal. Math. Phys. Vol. 10, No. 2, pp.21, 2020. doi: 10.1007/s13324-020-00365-4
  15. Maulik, R., and San, O., “Dynamic modeling of horizontal eddy viscosity coefficient for quasigeostrophic ocean circulation problems”, J. Ocean. Eng. And Sci. Vol. 1, pp.300-324, 2016. Doi: 10.1016/j.joes.2016.08.002
  16. San, O. and Iliescu, T., “A Stabilized proper orthogonal decomposition reduced-order model for large scale quasigeostrophic ocean circulation”, Adv. Comp. Math. Vol. 41, pp.1289-1319, 2015. Doi: 10.1007/s10444-015-9417-0
  17. San, O. Steples, A. E., Wang, Z. and Iliescu, T., “Approximate deconvolution large eddy simulation of barotropic ocean circulation model”, Ocean. Model. Vol. 4, No. 2, 120-132, 2011. doi:10.1016/j.ocemod.2011.08.003

.

دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 31
بهار و تابستان 1402
شهریور 1402
صفحه 39-51
  • تاریخ دریافت: 30 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 21 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش: 07 مرداد 1402
  • تاریخ انتشار: 01 شهریور 1402