A well-balanced moving mesh discontinuous Galerkin (DG) method is proposed for the numerical solution of the Ripa model -- a generalization of the shallow water equations that accounts for effects of water temperature variations. Thermodynamic processes are important particularly in the upper layers of the ocean where the variations of sea surface temperature play a fundamental role in climate change. The well-balance property which requires numerical schemes to preserve the lake-at-rest steady state is crucial to the simulation of perturbation waves over that steady state such as waves on a lake or tsunami waves in the deep ocean. To ensure the well-balance, positivity-preserving, and high-order properties, a DG-interpolation scheme (with or without scaling positivity-preserving limiter) and special treatments pertaining to the Ripa model are employed in the transfer of both the flow variables and bottom topography from the old mesh to the new one and in the TVB limiting process. Mesh adaptivity is realized using an MMPDE moving mesh approach and a metric tensor based on an equilibrium variable and water depth. A motivation is to adapt the mesh according to both the perturbations of the lake-at-rest steady state and the water depth distribution (bottom structure). Numerical examples in one and two dimensions are presented to demonstrate the well-balance, high-order accuracy, and positivity-preserving properties of the method and its ability to capture small perturbations of the lake-at-rest steady state.


翻译:为Ripa模型的数字解决方案提出了一种平衡的移动不连续的网状Galerkin(DG)方法 -- -- 概括浅水方程,考虑到水温变化的影响。热动力过程在海洋上层尤为重要,因为海面温度的变化在气候变化中起着根本作用。在将流变量和底部地形从旧网格转移到新网格和TVB限制进程时,需要用数字方法来保持湖对流稳定状态,这对于模拟这种稳定状态的扰动波至关重要,例如湖面上的波或深海的海啸波等。为了确保平衡、正势保留和高度的等值特性、DG内插办法(有或没有缩放正势保留限值)和与Ripa模型有关的特别处理方法。在将流变量和底部地形图案从旧网格向新的网格稳定状态和TVB限制进程转移时,需要数字方法来保护湖面稳定状态的扰动波流波,例如湖面波波波或深海的海啸波流或海啸波。确保平衡变量和水深度的平衡、正势特性特性特性,D-动力动力学的中间和深度,使RP-平面的精确结构向稳定的平面结构向稳定的平面结构向稳定的平面的平面图图图图图图图图图图图。一个稳定的平至稳定的平至稳定的平至稳定的平至稳定的平的深度。

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