海冰浮块粒子-连续体多尺度建模
数值分析
2023-08-16 v4 数值分析
动力系统
计算物理
摘要
海冰深刻影响极地环境和全球气候。传统上，海冰在欧拉坐标系下被建模为连续体以描述其大尺度特征，例如使用粘塑性流变学。近来，拉格朗日粒子模型（也称为离散元方法（DEM）模型）已被用于刻画单个海冰碎片（称为浮块）在 10 公里及更小尺度上的运动，尤其在边缘冰区。本文开发了一种耦合粒子与连续体系统的多尺度模型，以促进海冰跨尺度动力学与统计特征的有效表征。该多尺度模型利用一类玻尔兹曼型系统将粒子运动与连续体方程联系起来。对于小尺度动力学，它描述每个海冰浮块的运动。然后，作为大尺度连续体分量，它处理质量密度以及线速度和角速度的统计矩。这些统计量的演化影响单个浮块的运动，后者反过来提供调整大尺度动力学的整体反馈。值得注意的是，刻画海冰浮块的粒子模型是局部化且完全并行的，处于一种有时被称为超参数化的框架中，这显著提高了计算效率。数值算例展示了多尺度模型的有效性能。此外，研究表明该多尺度模型对真实模型具有一阶近似。
引用
@article{arxiv.2303.07819,
title = {Particle-Continuum Multiscale Modeling of Sea Ice Floes},
author = {Quanling Deng and Samuel N. Stechmann and Nan Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.07819},
year = {2023}
}