我们关心的是球面正压浅水方程组的求解,首先给出它们的两种常用形式。
标准形式
∂t∂u=−acosφu∂λ∂u−av∂φ∂u+fv−∂λ∂ϕ∂t∂v=−acosφu∂λ∂v−av∂φ∂v−fu−∂φ∂ϕ∂t∂h=−acosφ1(∂λ∂hu+∂φ∂hvcosφ)
其中科氏力参数f=2Ωsinφ。
涡度方程
矢量不变形式
矢量不变形式将非线性动量平流分为两项:
v⋅∇v=(∇×v)×v+∇2∣v∣2
其中红色项是相对涡度,蓝色项是动能。
∂t∂u=qhv−acosφ1∂λ∂(K+ϕ)∂t∂v=−qhu−a1∂φ∂(K+ϕ)∂t∂h=−acosφ1(∂λ∂hu+∂φ∂hvcosφ)
其中位涡为q=hζ+f,动能为K=21(u2+v2),相对涡度为
ζ=a1∂λ∂v−acosφ1∂φ∂ucosφ