1. 引言
在本文中,我们考虑以下带阻尼的三维热带气候模型:
其中向量场
和
分别表示速度的正压模式和第一斜压模式。
和
分别表示压强和温度。分数拉普拉斯算子
,
和
为实参数。
需要指出的是,当
,
和
时,系统(1.1)可简化为带有阻尼的三维磁流体动力学(MHD)型方程。对于阻尼磁流体系统,Ye [1] 首先得到了全局强解的存在性和唯一性。然后,在 [2] [3] 中,证明了含阻尼的三维磁流体方程的全局适定性和衰减。当v = 0时,带阻尼的mhd型方程简化为带阻尼
的Navier-Stokes方程。Cai和Jiu [4] 首先证明了带阻尼的Navier-Stokes方程在任何
情况下,强解是唯一的,在
的情况下带阻尼的Navier-Stokes方程具有全局强解。Zhou [5] 改进了这一结果,
证明了
时全局存在强解。随后,有许多结果致力于三维Navier-Stokes方程的阻尼(例如, [6] [7] [8] [9])。
让我们简单回顾一下关于三维热带气候模式的一些成果。当系统(1.1)没有任何阻尼项时,Wang et al. [10] 在初始数据很小的情况下考虑了正则性准则和全局存在性。在 [11] [12] 中,作者建立了分阶耗散的三维热带气候模式的全局正则性。我们可以看到 [13] - [19] 关于二维热带气候模式的全局正则性问题的一些结果。本文利用阻尼项证明了系统(1.1)具有唯一的全局强解。值得一提的是,由于缺乏v的自由发散条件,热带气候模式的结果与三维MHD方程的结果存在差异。
阻尼项在一定程度上是好项,可以增加正则性,我们为了提高三维热带气候模型的正则性,为此我们增加阻尼项,研究带阻尼的三维热带气候模式的适定性。我们的主要结果可以陈述如下:
定理1.1. 让
满足
。对于
,如果
满足
那么系统(1.1)有一个唯一的全局强解u满足,对于任意T > 0,
本文的结构如下:第一部分我们给出关于三维热带气候模型的相关进展和研究现状,并且给出主要结果;第二部分,我们给出主要结果的证明步骤。
2. 定理1.1的证明
在这一节中,我们证明定理1.1。首先,我们对系统(1.1)给出了一个先验
估计。将(1.1)分别乘以
,经过分部积分,并使用
,得到以下能量估计
我们在哪里使用了下面的事实
将(1.1)分别乘以
、
和
,在
中积分后相加,得到
首先,应用Young不等式、Hölder不等式和Gagliardo-Nirenberg不等式,
可以估计如下。
这里我们使用了以下的Gagliardo-Nirenberg不等式:
在这里
通过直接计算,得到
如果下列限制成立
然后我们得到
通过Hölder不等式、Gagliardo-Nirenberg不等式和Young不等式,
、
和
的项可以估计如下:
接下来,我们将估计
和
。
这里我们使用了Gagliardo-Nirenberg不等式:
在这里
从(2.12)我们可以直接计算出
,
和
。
如果下列限制成立
然后,我们可以得到
。
同理,
可以估算如下:
这里我们使用了Gagliardo-Nirenberg不等式:
通过直接计算,我们有
。如果下列限制成立
然后,我们可以得到
。对于
和
,我们可以得到
应用soblove不等式,
可以估计如下
收集以上的估计(2.5)~(2.18)并将它们应用到(2.4)中,有下列结果成立
在这里,我们使用了
,
去确保
、(2.8)、(2.13)及(2.16)。根据Gronwall不等式和(2.1),我们
这样我们就完成了强解存在的证明。
接下来,我们将证明定理1.1中构造的强解的唯一性。假设
和
是方程组(1.1)的两个解,它们的解
相同。我们定义
。然后我们可以得到
将(2.21)式分别与
做
内积,将结果相加,我们得到
应用Hölder不等式,当
时,我们可以得到
同样,对于
,我们有
应用Hölder, Gagliardo-Nirenberg和Young不等式,
和
可以估计如下
我们使用了Gagliardo-Nirenberg不等式:
同样的,
也可以这样估计
接下来,我们将估计
这里我们使用了Gagliardo-Nirenberg不等式:
通过直接计算,我们可以得到
和
,
。所以我们有
涉及
和
的项可以估计如下
通过直接计算,我们可以得到
和
,
,
。所以我们有
将(2.24)~(2.31)估计应用到(2.22)中,可以得到
应用Grönwall不等式,通过
-估计,可以得到
这样完成了定理1.1唯一性部分的证明。