Solution of advection-diffusion-reaction problems on a sphere: High-resolution numerical experiments

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Yuri N. Skiba
Roberto C. Cruz-Rodriguez
Denis M. Filatov

Abstract

The implicit and unconditionally stable numerical method proposed in Skiba (2015) is applied to solve linear advection-diffusion-reaction problems and nonlinear diffusion-reaction problems on a sphere. Numerical experiments carried out on a high-resolution spherical mesh show the effectiveness of the method in modelling linear advection-diffusion processes on a sphere (dispersion of pollution in the atmosphere), and nonlinear diffusion processes (propagation of nonlinear temperature waves, blow-up regimes of combustion, and chemical reactions in the Gray-Scott model). The method correctly describes the mass balance of a substance in forced and dissipative systems and conserves the total mass and norm of the solution in the absence of forcing and dissipation.

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Author Biographies

Yuri N. Skiba, Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, C.P. 04510, MEXICO

Formación Académica - Licenciatura (1966-1969) y Maestría (1969-1971): Universidad Estatal de Novosibirsk, Facultad de Matemáticas, Sección Matemáticas Aplicadas (Mecánica Teórica), Akademgorodok, Novosibirsk, Rusia. - El grado M. en C. en Mecánica Teórica se defendió en 1971 (Geofísica, Oceanología). - Doctorado 1973-1977: Centro de Cómputo, Academia de Ciencias de la URSS, Novosibirsk, Rusia. El grado de Doctor (Ph.D.) en Física y Matemáticas se otorgó por el Presidium de la Academia de Ciencias de URSS, Moscú (1979). - El título científico y pedagógico Senior Scientific Researcher of the USSR se otorgó por el Presidium de la Academia de Ciencias de la Unión Soviética, Moscú (1989).

Denis M. Filatov, Sceptica Scientific Ltd, Carpenter Court, 1 Maple Rd, Bramhall, Stockport, Cheshire, SK7 2DH, UK

ORCID 0000-0003-0638-1716

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