A number of key scientific computing applications that are based upon tensor-product grid constructions, such as numerical weather prediction (NWP) and combustion simulations, require property-preserving interpolation. Essentially non-oscillatory (ENO) interpolation is a classic example of such interpolation schemes. In the aforementioned application areas, property preservation often manifests itself as a requirement for either data boundedness or positivity preservation. For example, in NWP, one may have to interpolate between the grid on which the dynamics is calculated to a grid on which the physics is calculated (and back). Interpolating density or other key physical quantities without accounting for property preservation may lead to negative values that are nonphysical and result in inaccurate representations and/or interpretations of the physical data. Property-preserving interpolation is straightforward when used in the context of low-order numerical simulation methods. High-order property-preserving interpolation is, however, nontrivial, especially in the case where the interpolation points are not equispaced. In this paper, we demonstrate that it is possible to construct high-order interpolation methods that ensure either data boundedness or constrained positivity preservation. A novel feature of the algorithm is that the positivity-preserving interpolant is constrained; that is, the amount by which it exceeds the data values may be strictly controlled. The algorithm we have developed comes with theoretical estimates that provide sufficient conditions for data boundedness and constrained positivity preservation. We demonstrate the application of our algorithm on a collection of 1D and 2D numerical examples, and show that in all cases property preservation is respected.


翻译:以高产品电网构造为基础的一些关键科学计算应用,如数字天气预测(NWP)和燃烧模拟,需要进行保值内插。基本上非逻辑性(ENO)内插是这种内插办法的典型例子。在上述应用领域,财产保护往往表现为数据约束性或现实性保护的要求。但在新工作方案中,动力计算到物理计算(和反向)的电网的电网之间可能必须进行内插。不考虑财产保护的内插密度或其他关键物理数量可能会导致非物理的负值,导致物理数据的表述和/或解释不准确。在低顺序数字模拟方法中使用的内插法是简单易行的。高顺序保值内插是非技术性的,特别是在计算到物理数据保存的电网的内插点时,我们证明有可能建立高层次的内嵌性(不计)内存性(不计价性)估计值; 保值的内插数性(我们)的内插数性(我们的内插)是精确性数据采集的内存性(我们所测的内存性)的内存性(我们所测的内定的内压性)数据是精确的内存性数据的收集。

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