Testing of difference schemes in solving the equation for the Streem function based on solving the problem of wind currents

Authors

UDC

51.37

DOI:

https://doi.org/10.31429/vestnik-19-2-53-61

Abstract

The paper tests a number of well-known difference schemes used to solve an equation with a small parameter at the highest derivative. The numerical solution of the equation for the current function is compared with the obtained exact analytical analogue, which allows you to choose a difference discretization for constructing consistent approximations of derivatives based on the projection version of the integro-interpolation method when finding the values of integral velocities, especially at the boundary.

Keywords:

dimensionless problem, wind currents, test problem, analytical solution, current function, integral velocity

Acknowledgement

The work was carried out within the framework of the state task on the topic 0555-2021-0005 "Complex interdisciplinary studies of oceanological processes that determine the functioning and evolution of ecosystems of the coastal zones of the Black and Azov Seas" (code "Coastal research").

Author Infos

Vladimir S. Kochergin

младший научный сотрудник отдела теории волн Федерального исследовательского центра «Морской гидрофизический институт РАН»

e-mail: vskocher@gmail.com

Sergei V. Kochergin

старший научный сотрудник отдела морских информационных систем и технологий Федерального исследовательского центра «Морской гидрофизический институт РАН»

e-mail: ko4ep@mail.ru

Sergei N. Sklyar

заведующий кафедрой математики Американского университета в Центральной Азии (AUCA)

e-mail: sklyar51@gmail.com

References

  1. Марчук Г.И., Саркисян А.С. Математическое моделирование циркуляции океана. Москва, Наука, 1988. [Marchuk G.I., Sarkisyan A.S. Matematicheskoe modelirovanie cirkulyacii okeana = Mathematical modeling of ocean circulation, Moscow, Nauka, 1988. (in Russian)]
  2. Stommel H. The westward intensification of wind-driven ocean currents. Trans. Amer. Geoph. Un., 1948, vol. 29, pp. 202–206.
  3. Stommel H. The gulf stream. A Physical and Dynamical Description. University of California Press, 1965.
  4. Стоммел Г. Гольфстрим. Москва, ИЛ, 1965. [Stommel G. Gulfstream = Gulfstream. Moscow, Inostrannaya Literatura, 1965. (in Russian)]
  5. Еремеев В.Н., Кочергин В.П., Кочергин С.В., Скляр С.Н. Математическое моделирование гидродинамики глубоководных бассейнов. Севастополь, Экоси-Гидрофизика, 2002. [Eremeev V.N., Kochergin V.P., Kochergin S.V., Sklyar S.N. Matematicheskoe modelirovanie gidrodinamiki glubokovodnyh bassejnov = Mathematical modeling of hydrodynamics of deep-water basins. Sevastopol, Ekosi-Gidrofizika, 2002. (in Russian)]
  6. Kochergin V.P., Dunets T.V. Computational algorithm of the evaluations of inclinations of the level in the problems of the dynamics of basins. Physical oceanography. 2001, vol. 11, iss. 3, pp. 221–232.
  7. Kochergin V.S., Kochergin S.V., Sklyar S.N. Analytical Test Problem of Wind Currents. In: Chaplina T.O (ed.) Processes in GeoMedia. Volume I. Springer Geology. Springer, Cham., 2020, pp. 17–25.
  8. Kochergin V.S., Kochergin S.V., Sklyar S.N. Analytical solution of the test three-dimensional problem of wind flows. In: Chaplina T.O. (ed.) Processes in GeoMedia. Volume II. Springer Geology. Springer, 2021, pp. 65–71.
  9. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. Москва, Мир, 1980. [Patrick J. Roache Computational fluid dynamics = Computational fluid dynamics. Moscow, Mir, 1980. (in Russian)].
  10. Самарский А.А. Теория разностных схем. Москва, Наука, 1983. [Samarskiy A. A. Teoriya raznostnyh skhem = Theory of difference schemes. Moscow, Nauka, 1983. (in Russian)].
  11. Ильин А.М. Разностная схема для дифференциального уравнения с малым параметром при старшей производной. Математические заметки, 1969, т. 6, вып. 2, с. 237–248. [Ilyin A. M. Raznostnaya skhema dlya differencial'nogo uravneniya s malym parametrom pri starshej proizvodnoj = Difference scheme for a differential equation with a small parameter at the highest derivative. Matematicheskie zametki, 1969, vol. 6, iss. 2, pp. 237–248. (in Russian)].
  12. Дулан Э., Миллер Дж., Шилдерс У. Равномерные численные методы решения задач с пограничным слоем. Москва, Мир, 1983. [Doolan E.P., Miller J.J.H., Schilders W.H.A. Ravnomernye chislennye metody resheniya zadach s pogranichnym sloem = Uniform numerical methods for solving problems with a boundary layer. Moscow, Mir, 1983. (in Russian)].
  13. Коллатц Л. Функциональный анализ и вычислительная математика. Москва, Мир, 1969. [Kollatz L. Funkcional'nyj analiz i vychislitel'naya matematika = Functional analysis and computational mathematics. Moscow, Mir, 1969. (in Russian)].

Issue

Section

Physics

Pages

53-61

Submitted

2022-04-16

Published

2022-06-30

How to Cite

Kochergin V.S., Kochergin S.V., Sklyar S.N. Testing of difference schemes in solving the equation for the Streem function based on solving the problem of wind currents. Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2022, vol. 19, no. 2, pp. 53-61. DOI: https://doi.org/10.31429/vestnik-19-2-53-61 (In Russian)