各向异性Sobolev空间中分数阶拟地转方程的稳定性
Stability Results of Fractional Surface Quasi-Geostrophic Equation in Anisotropic Sobolev Space
摘要: 本文针对二维分数阶表面准地转SQG方程的存在全局解,在初始数据 θ 0 属于非齐次各向异性Sobolev空间 H 0,α ( 1 2 <α<1 ) 条件下,利用Bony分解理论和Littlewood-Paley分解技术,证明了该方程解的稳定性。
Abstract: We prove the stability of a global solution for the fractional SQG equation under the conditions that the initial data θ 0 belongs to the nonhomogeneous anisotropic Sobolev space H 0,α with 1 2 <α<1 . The main tools employed in our analysis are the Bony decomposition theory and Littlewood-Paley decomposition technique.
文章引用:雒焕, 孙小春. 各向异性Sobolev空间中分数阶拟地转方程的稳定性[J]. 理论数学, 2026, 16(1): 228-237. https://doi.org/10.12677/pm.2026.161025

1. 引言

二维分数阶表面准地转SQG方程是由三维不可压缩欧拉方程推导出的二维模型。本文重点研究由下式给出的耗散SQG方程:

{ θ t +uθ+v ( Δ ) α θ=0, θ( x,0 )= θ 0 ( x ), (1)

其中 α( 1/2 ,1 ),v>0 是耗散系数,而 θ=θ( x,t ) 是两个空间变量 x 和时间 t 的实标量函数。速度场 u 通过Riesz变换确定:

u=( 2 Δ θ, 1 Δ θ )=( 2 θ, 1 θ )= θ. (2)

显然,

divu= 1 u 1 + 2 u 2 =0. (3)

( Δ ) α ( 0<α<1 ) 通过Fourier变换定义,

( Δ ) α f ^ ( ξ )= | ξ | 2α f ^ ( ξ ),

其中 f ^ 表示[1]的Fourier变换。为便于记号,我们写为 ( Δ ) 1 2 =Λ

分数阶SQG方程是对经典SQG方程的扩展,不同于经典拟地转方程,分数阶SQG方程能更精确地描述具有非局部性和依赖性的动力学过程。因此,各向异性分数阶方程成为捕捉复杂方向系统中的强大工具,例如大气动力学、多孔介质流动及生物流体力学领域。

分数阶SQG方程的过往研究主要集中于各向同性的情形。Kiselev与Nazarov在[2]中取得突破性进展,证明了临界SQG方程的全局正则性。对于次临界分数阶SQG方程 ( α<1 ) ,Constantin与Vicol在[3]中证明了其全局存在性与唯一性。

除解的全局正则性外,弱解及其对初始数据的依赖性研究亦取得进展。Resnick探索了经典SQG方程的弱解及其长期行为,该研究至今仍对理解非正则解具有重要影响[4]

Danchin与Paicu通过推进微积分方法,在临界空间中深入剖析解的精细特性。这些方法论在研究分数阶SQG方程及相关模型时发挥了关键作用。分数阶SQG方程的各向异性情形比各向同性情形更为复杂,这源于其对称性的缺失及额外的正则性要求。近期研究通过用分数阶算子 ( Δ ) α 替代标准扩散项 k 11 θ k 22 θ [5] [6]

在(1)式中, ( Δ ) α θ 取代了经典SQG方程中的扩散项,构建了更一般的理论框架。文章定理以及证明借鉴了文献[7]的主要技术思想和方程中能量估计的方法,文献[8]提供了处理分数阶算子的分析技巧,将该思想融入方程中耗散项与非线性项的进一步估计,因此本文将方法结合在一起,将其推广应用于各向异性Sobolev空间中分数阶拟地转方程的稳定性问题。即如下定理,

定理1 存在常数 C ,使得对于所有初始数据 θ 0 H 0,α ,且 1 2 <α<1 ,满足 θ 0 H 0,α < v C ,方程(1)和(2)的解在 L ( [ 0, ]; H 0,α ) L 2 ( [ 0, ]; H 1,α ) 中具有一致有界性。因此,我们得到

θ( t ) H 0,α 2 +v 0 t Λ α θ H 0,α 2 dt ( v C ) 2 . (4)

2. 预备知识

让我们首先回顾: S 表示 N 上光滑函数构成的Schwartz空间,其中函数的各阶导数在无穷远处衰减; S 为缓增分布空间,是 S 在通常配对下的对偶空间。本文利用Littlewood-Paley分解详细刻画各向异

性Sobolev空间 H 0,α ,分析中主要采用Bony分解[9]。设 φ( ξ ) 为支架包含于环域 { ξ| 3 4 | ξ | 8 3 } 的光滑函数, χ 为支集包含于球 { ξ|| ξ | 4 3 } 的光滑函数,则有

ξ,χ( ξ )+ q φ ( 2 q ξ )=1.

为方便起见,我们用 Δ j 表示非齐次各向异性二进块,在 x 2 方向上的定义如下:

Δ j a=0 j2, Δ j a= 1 ( χ( ξ 2 ) a ^ ) j=1, Δ j a= 1 ( φ( 2 j ξ 2 ) a ^ ) j0. (5)

此外,我们引入以下低频截断算子:

S q u:= pq1 Δ p u, qN. (6)

命题1 对于 f S ,可直接验证如下恒等式成立:

Δ p Δ q u=0, | pq |2. Δ p ( S q1 u Δ q u )=0, | pq |5 . (7)

命题2 (Bernstein不等式[9])设 kN 。设 ( R 1 , R 2 ) 满足 0< R 1 < R 2 。则存在仅依赖于 R 1 , R 2 的常数 C ,使得对于任意 1ab 及任意 u L a ( 2 ) ,下列不等式成立:

supp u ^ ( 0, R 1 λ ) sup | α |=k α u L b C k+1 λ k+2( 1 a 1 b ) u L a , supp u ^ C( 0, R 1 λ, R 2 λ ) C k1 λ k u L a sup | α |=k α u L a C k+1 λ k u L a .

定义1非齐次Sobolev空间 H α 由以下范数定义:

a H α () = ( ( 1+ | ξ | 2 ) α | a ^ ( ξ ) | 2 dξ ) 1 2

其中 a ^ ( ξ ) 表示 a 的Fourier变换。

命题3 (一维非齐次Sobolev空间中的乘积法则)设 a H α 0 ( ) b H α 1 ( ) 1 2 < α 0 , α 1 < 1 2 α 0 + α 1 >0 ,则在一维非齐次Sobolev空间中, ab H α 0 + α 1 1 2 ( ) 与乘积法则成立如下:

ab H α 0 + α 1 1 2 ( ) C a H α 0 ( ) b H α 1 ( ) . (8)

定义2 Sobolev空间 H α, α ( 2 )( α, α ) 定义为

a H α, α ( 2 ) = ( 2 ( 1+ | ξ 1 | 2 ) α ( 1+ | ξ 2 | 2 ) α | a ^ ( ξ ) | 2 d ξ 1 d ξ 2 ) 1 2

命题4对于 a H α, α ( 2 ) ,Sobolev范数可等价表示为

a H α, α ( 2 ) = ( j,k 2 2( j α +kα ) 2 | Δ j Δ k a( x 1 , x 2 ) | 2 d x 1 d x 2 ) 1 2 .

命题5 Sobolev范数也可表示为 L 2 空间与Sobolev空间的混合范数,有

a H α, α ( 2 ) = 2 j α Δ j a L 2 ( x 2 ; H α ( x 1 ) ) l 2 ( ) ,

其中 L 2 ( x 2 ; H α ( x 1 ) ) 表示混合范数,是将 x 2 方向上的 L 2 范数与 x 1 方向上的Sobolev范数相结合。

引理1 [7]对于 α > 1 2 α ,有

a L ( ; H α ( ) ) C a H α, α . (9)

引理2 [10] a( t ) 是定义在 上的函数,设 a k ( t )= Δ k a L 2 2 kα q l 2 空间中随时间变化的函数序列,满足 α> 1 2 ,2<q<,1< q <2 ,则有

a k ( t ) l 2 C a( t ) L 2 1 q Λ α a( t ) L 2 1 q ,where 1 q + 1 q =1.

引理3对满足 1 2 < a α<1 的实数 α α ,当 θ H 1 4 ,α H 1 4 , α H 0, α Λ α θ H 1 4 ,α H 0,α ,则存在常数 C 使得

| Δ j ( uθ )| Δ j θ | L 2 C d j 2 jα θ H 1 4 ,α ( θ H 0, α Λ α θ H 1 4 ,α + θ H 1 4 , α Λ α θ H 0,α ), (10)

其中 u=( 2 θ, 1 θ ) d j l 1 ( )

3. 引理3证明

为消除各向异性的影响,我们将估计分为两个部分:

F j 1 = Δ j ( u 1 1 θ ), F j 2 = Δ j ( u 2 2 θ ).

首先,我们估计 F j 1

F j 1 L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) = Δ j ( u 1 1 θ ) L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) = Δ j ( T u 1 1 θ+ T 1 θ u 1 +R( u 1 , 1 θ ) ) L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) .

由(6)式可得,

Δ j T u 1 1 θ H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) | kj |2 Δ j ( S k1 u 1 Δ k 1 θ ) H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 )

应用Sobolev空间的乘积规则,(8)式可得

Δ j T u 1 1 θ H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) | kj |2 S k1 u 1 H 1 4 Δ k 1 θ H 0 L 2 ( x 2 )

利用引理1和Bernstein不等式,我们得到

Δ j T u 1 1 θ H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) | kj |2 S k1 u 1 L ( x 2 ; H 1 4 ) Δ k 1 θ L 2 | kj |2 C 2 k u 1 H 1 4 , α Δ k θ L 2 ,

利用引理2,令 q=, q =1 ,则

(11)

同样地,我们可以在Sobolev空间中应用引理1、引理2和Sobolev空间的乘积规则(8)式,我们还得到:

Δ j T 1 θ u 1 H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) | kj |2 Δ j ( S k1 1 θ Δ k u 1 ) H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) | kj |2 S k1 1 θ H 0 Δ k u 1 H 1 4 L 2 ( x 2 ) | kj |2 S k1 1 θ H 0 ( x 1 ) L ( x 2 ) Δ k u 1 H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) | kj |2 2 k Δ k θ L 2 Δ k u 1 L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) C c j Λ α θ H 0, α u 1 H 1 4 ,α . (12)

类似地,我们应用引理1、引理2和Bernstein不等式得到

Δ j R( u 1 , 1 θ ) H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) | jk |2 | k k |1 Δ j ( Δ k u 1 Δ k 1 θ ) H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) | jk |2 | k k |1 Δ k u 1 H 1 4 Δ k 1 θ H 0 L 2 ( x 2 ) | jk |2 | k k |1 C 2 k Δ k u 1 L ( x 2 ; H 1 4 ) Δ k θ L 2 ( x 2 ; H 0 ) (13)

| jk |2 C 2 k u 1 H 1 4 , α Λ α θ L 2 C c j u 1 H 1 4 , α Λ α θ H 0,α .

因此,由(11)、(12)和(13)式可得

F j 1 L 2 ( X 2 ; H 1 4 ) = Δ j ( T u 1 1 θ+ T 1 θ u 1 +R( u 1 , 1 θ ) ) L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) C c j u 1 H 1 4 , α Λ α θ H 0,α +C c j Λ α θ H 0, α u 1 H 1 4 ,α +C c j u 1 H 1 4 , α Λ α θ H 0,α C c j ( u 1 H 1 4 , α Λ α θ H 0,α + u 1 H 1 4 ,α Λ α θ H 0, α ),

其中 c j l 2 ( ) 中的一般元素,且对于 j1, 2 jα c j ,且 c j 2 = d j

| Δ j ( u 1 1 θ )| Δ j θ L 2 | Δ j ( u 1 1 θ ) L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) Δ j θ L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) Δ j ( u 1 1 θ ) L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) c j 2 jα θ H 1 4 ,α C d j 2 jα θ H 1 4 ,α ( u 1 H 1 4 , α Λ α θ H 0,α + u 1 H 1 4 ,α Λ α θ H 0,α ).

基于Riesz变换 k ( k=1,2 ) ,其中 k 是满足 ξ k ξ 1 2 + ξ 2 2 <1 的Fourier乘子,我们有:

k θ H α, α = 2 j α ( 1+ | ξ | 2 ) α 2 Δ j R k θ ^ L 2 l 2 = 2 j α ( 1+ | ξ | 2 ) α 2 φ j ξ k ξ 1 2 + ξ 2 2 θ ^ L 2 l 2 2 j α ( 1+ | ξ | 2 ) α 2 φ j θ ^ L 2 l 2 = θ H α, α . (14)

接下来,我们通过Bony分解对 u 2 2 θ 进行估计,得到:

Δ j ( u 2 2 θ )= Δ j ( k= + k = + Δ k u 2 Δ k 2 θ ) = Δ j ( k= + ( k = k+1 Δ k u 2 Δ k 2 θ+ k =k+2 + Δ k u 2 Δ k 2 θ ) ) = Δ j ( k= + S k+2 u 2 Δ k 2 θ+ k= + k =k+2 + Δ k u 2 Δ k 2 θ ) = Δ j ( ( kj3 + k<j3 ) S k+2 u 2 Δ k 2 θ+ k= S k1 2 θ Δ k u 2 ) = Δ j ( ( kj3 + k<j3 ) S k+2 u 2 Δ k 2 θ+ ( | jk |4 + k<j4 + k>j+4 ) S k1 2 θ Δ k u 2 ) = Δ j kj3 S k+2 u 2 Δ k 2 θ+ Δ j k<j3 S k+2 u 2 Δ k 2 θ+ Δ j | jk |4 S k1 2 θ Δ k u 2 + Δ j k<j4 S k1 2 θ Δ k u 2 + Δ j k>j+4 S k1 2 θ Δ k u 2 (15)

= I 1 + I 2 + I 3 + I 4 + I 5 .

对于 I 2 , I 4 , I 5 ,由(7)可得:

I 2 = Δ j k<j3 S k+2 u 2 Δ k 2 θ= Δ j k<j3 lk+1 Δ l u 2 Δ k 2 θ

这里 lk+1<j2 ,那么 | jl |>2 ,即 I 2 =0

I 4 = Δ j kj4 S k1 2 θ Δ k u 2 = Δ j kj4 lk2 Δ l 2 θ Δ k u 2

这里 lk2j6 ,那么 | jl |6 ,即 I 4 =0

I 5 = Δ j k>j+4 S k1 2 θ Δ k u 2 = Δ j k>j+4 lk2 Δ l 2 θ Δ k u 2

这里 | jl |>2 ,即 I 5 =0

所以 I 2 I 4 I 5 均为0,这意味着

F j 2 = Δ j ( u 2 2 θ )= Δ j kj3 S k+2 ( 2 θ ) Δ k u 2 + Δ j | jk |4 S k1 ( u 2 ) Δ k 2 θ= F j 2,1 + F j 2,2 . (16)

因此,利用(8)式、Höder\不等式、Bernstein不等式以及散度为0条件 2 u 2 = 1 u 1

F j 2,1 H 1 4 ( x 1 ) L 2 ( x 2 ) = kj3 Δ j S k+2 ( 2 θ ) Δ k u 2 H 1 4 L 2 ( x 2 ) kj3 S k+2 ( 2 θ ) H 1 4 Δ k u 2 H 0 L 2 ( x 2 ) C 2 j 2 kj3 S k+2 ( 2 θ ) H 1 4 Δ k u 2 H 0 L 2 ( x 2 ) C kj3 2 j 2 S k+2 ( 2 θ ) H 1 4 L 2 Δ k u 2 H 0 L 2 C kj3 lk+1 2 j 2 2 l Δ l θ ( x 2 , H 1 4 ) Δ k u 1 L 2 C kj3 lk+1 2 j 2 2 k( lα ) 2 lα 2 2k α 2 2k α Δ l θ L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) Λ α u 1 L 2 C kj3 2 j 2 2 k( lα ) 2 2k α θ H 1 4 ,α Λ α u 1 H 0, α ,

其中 Δ k u 2 L 2 ( 2 ) C Δ k u 1 L 2 ( 2 ) .

由于 α > 1 2 ,我们得出结论:

F j 2,1 L 2 ( 2 ; H 1 4 ) C d j θ H 1 4 ,α Λ α u 1 H 0, α . (17)

随后,我们估计 F j 2,2 ,其中 θ j = Δ j θ 。利用分解 Δ j =( Δ j1 + Δ j + Δ j+1 ) Δ j ,即 F j 2,2 = Δ j | jk |4 S k1 u 2 Δ k 2 θ

由于

[ Δ j , S k1 u 2 ] Δ k ( 2 θ )= Δ j ( S k1 ( u 2 ) Δ k ( 2 θ ) ) S k1 ( u 2 ) Δ j ( Δ k ( 2 θ ) ). (18)

因此

Δ j | jk |4 S k1 ( u 2 ) Δ k ( 2 θ ) = Δ j | jk |4 [ Δ j , S k1 u 2 ] Δ k 2 θ + Δ j | jk |4 S k1 ( ( u 2 ) Δ k ( 2 θ ) ) = Δ j | jk |4 [ Δ j , S k1 u 2 ] Δ k 2 θ + Δ j | jk |4 ( ( S k1 S j ) u 2 ( Δ j1 + Δ j + Δ j ) Δ j ( Δ k ( 2 θ ) ) ) = Δ j | jk |4 [ Δ j , S k1 u 2 ] Δ k 2 θ + S j ( u 2 ) 2 θ j + | jk |1 ( S k1 S j ) u 2 2 Δ k θ j . (19)

F j 2,2 | θ j L 2 = S j ( u 2 ) 2 θ j | θ j L 2 + | jk |4 [ Δ j , S k1 u 2 ] Δ k u 2 2 θ| θ j L 2 + | jk |1 ( S k1 S j ) u 2 2 Δ k θ j | θ j L 2 =I+II+III, (20)

其中,利用分部积分法

S j ( u 2 ) 2 θ j | θ j L 2 = S j ( u 2 ) 2 θ j θ j d x 2 = ( 2 S j ( u 2 ) θ j + S j ( u 2 ) 2 θ j ) θ j d x 2 = θ j 2 S j ( u 2 ) θ j d x 2 S j ( u 2 ) 2 θ j | θ j L 2 .

所以,

S j ( u 2 ) 2 θ j | θ j L 2 = 1 2 S j ( 2 u 2 ) θ j | θ j L 2 = 1 2 S j ( 1 u 1 ) θ j | θ j L 2 .

对于 I= S j ( u 2 ) 2 θ j | θ j L 2 ,我们可以用类似于 F j 1 进行估计,从而得到

θ j S j ( 1 u 1 )| Δ j θ L 2 C d j θ H 1 4 , α ( θ H 1 4 , α Λ α u 1 H 0,α + θ H 1 4 ,α Λ α u 1 H 0, α ). (21)

对于 II= | jk |4 [ Δ j , S k1 u 2 ] Δ k 2 θ| θ j L 2 ,令 h= 1 φ h 1 ( x )=xh( x ) 。那么,

[ Δ j , S k1 u 2 ] θ ˜ K ( x 1 , x 2 ) = Δ j S k1 u 2 ( x 1 , x 2 ) S k1 u 2 Δ j θ ˜ k ( x 1 , x 2 ) = 1 [ φ( 2 j y 2 )( ξ ) S k1 u 2 ^ ]( x 1 , x 2 ) S k1 u 2 ( x 1 x 2 ) 1 [ φ( 2 j y 2 )( ξ ) θ ˜ k ( x 1 , x 2 ) ^ ] = 2 j h ( 2 j y 2 )( S k1 u 2 ( x 1 , x 2 y 2 ) S k1 u 2 ( x 1 , x 2 ) ) θ ˜ k ( x 1 , x 2 y 2 )d y 2 = 2 j ×[ 0,1 ] y 2 h( 2 j y 2 ) S k1 2 u 2 ( x 1 , x 2 t y 2 ) θ ˜ k ( x 1 , x 2 y 2 )d y 2 dt = ×[ 0,1 ] h 1 ( 2 j y 2 ) S k1 1 u 1 ( x 1 , x 2 t y 2 ) θ ˜ k ( x 1 , x 2 y 2 )d y 2 dt.

通过(8),我们推导出

[ Δ j , S k1 u 2 ] θ ˜ k ( , x 2 ) H 1 4 C | h 1 ( 2 j y 2 ) | S k1 1 u 1 L ( x 2 ; L 2 ) θ ˜ k ( , x 2 y 2 ) H 1 4 d y 2 .

通过对两边取 L 2 范数,并利用范数的积分被积分的范数所限制的性质,结合卷积不等式,我们得到:

[ Δ j , S k1 u 2 ] θ ˜ k ( , x 2 ) H 1 4 L 2 C 2 j S k1 1 u 1 L ( R x 2 , L 2 ) θ ˜ k L 2 ( R x 2 ; H 1 4 ) .

此外,应用引理1、引理2、Bernstein不等式,并利用 | jk |4 这一条件,我们得到:

| jk |4 [ Δ j , S k1 u 2 ] Δ k 2 θ| θ j L 2 | jk |4 C 2 j S k1 1 u 1 L ( x 2 ; L 2 ) θ k L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) θ j L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) | jk |4 C 2 kj Δ k u 1 L 2 ( 2 ) k= + 2 ks 2 ks θ k L 2 ( x 2 ; H 1 4 ) χ | jk |4 | jk |4 C 2 kj Λ α u 1 L 2 ( 2 ) 2 jα θ k H 1 4 ,α θ j H 1 4 ,α C d j 2 jα Λ α u 1 H 0, α θ H 1 4 ,α 2 .

对于 III= | jk |1 ( S k1 S j ) u 2 2 Δ k θ j | θ j L 2 ( S k1 S j ) u 2 2 Δ k θ j 我们可以估计为 F j 2,1

此外,通过应用Riesz定理,我们得到

| Δ j ( uθ )| Δ j θ L 2 |C d j 2 jα θ H 1 4 ,α ( Λ α θ H 0, α θ H 1 4 ,α + θ H 1 4 , α Λ α θ H 0,α ).

引理3已证明。

4. 定理1的证明

局部光滑解可简单得到。若存在全局先验界,则全局解的存在性可通过标准紧性方法推导。首先,将算子 Δ j 作用于方程(1),

Δ j ( t θ )+ Δ j ( uθ )+v Δ j ( Δ ) α θ=0, (22)

并与 Δ j θ 进行内积运算,我们得到能量估计式

1 2 d dt Δ j θ L 2 2 +v Λ α Δ j θ L 2 2 Δ j ( uθ )| Δ j θ L 2 , (">)">

利用 θ j =Δjθ ,并应用引理3 (其中 α= α ),可得:

d dt Δ j θ L 2 2 +2v Λ α Δ j θ L 2 2 C d j 2 jα Λ α θ H 0,α θ H 1 4 ,α 2 . (24)

两边同时乘以 2 jα 并取 l 1 范数,可得出结论:

d dt θ( t ) H 0,α 2 +2v Λ α θ( t ) H 0,α 2 C θ H 1 4 ,α 2 Λ α θ H 0,α . (25)

根据Sobolev嵌入 H 1 2 ,α H 1 4 ,α ,我们可以推导出

d dt θ( t ) H 0,α 2 +2v Λ α θ( t ) H 0,α 2 C θ H 0,α θ H 1 2 ,α 2 Λ α θ H 0,α . (26)

应用插值不等式

θ H 1 2 ,α 2 C θ H 0,α θ H 1,α C θ H 0,α Λ α θ H 0,α , (27)

由此可知

d dt θ( t ) H 0,α 2 +2v Λ α θ( t ) H 0,α 2 C θ H 0,α Λ α θ H 0,α 2 .

对于所有 t[ 0, ] θ( t ) H 0,α 满足以下全局界限与小性条件:

θ( t ) H 0,α < v C .

因此,

d dt θ( t ) H 0,α 2 +v Λ α θ( t ) H 0,α 2 0.

假设 t= t ,我们得到 θ( t * ) H 0,α = v C ,并且

0 t * d dt θ( t ) H 0,α 2 dt+v 0 t * Λ α θ( t ) H 0,α 2 dt 0,t[ 0, t * ]. (28)

我们得到 θ( t * ) H 0,α 2 +v 0 t * Λ α θ( t ) H 0,α 2 dt θ( 0 ) H 0,α 2 ,那么 θ( t * ) H 0,α θ( 0 ) H 0,α < v C ,这与假设相矛盾。

因此对于 t[ 0, )

θ( t ) H 0,α 2 +v 0 t Λ α θ( t ) H 0,α 2 dt ( v C ) 2 .

因此,定理1的证明至此完成。

基金项目

本研究得到国家自然科学基金(12461020)的支持。

参考文献

[1] Iorio Jr., R.J. and Iorio, V.d.M. (2001) Fourier Analysis and Partial Differential Equations. Cambridge University Press. [Google Scholar] [CrossRef
[2] Kiselev, A., Nazarov, F. and Volberg, A. (2006) Global Well-Posedness for the Critical 2D Dissipative Quasi-Geostrophic Equation. Inventiones Mathematicae, 167, 445-453. [Google Scholar] [CrossRef
[3] Constantin, P. and Vicol, V. (2012) Nonlinear Maximum Principles for Dissipative Linear Nonlocal Operators and Applications. Geometric and Functional Analysis, 22, 1289-1321. [Google Scholar] [CrossRef
[4] Resnick, S.G. (1995) Dynamical Problems in Non-Linear Advective Partial Differential Equations. PhD Thesis, The University of Chicago.
[5] Constantin, P., Majda, A.J. and Tabak, E. (1994) Formation of Strong Fronts in the 2-D Quasigeostrophic Thermal Active Scalar. Nonlinearity, 7, 1495-1533. [Google Scholar] [CrossRef
[6] Pedlosky, J. (1987) Geophysical Fluid Dynamics. Springer.
[7] Jin, H.S., Kwak, M. and Lkhagvasuren, B. (2022) Stability Result for the Surface Quasi-Geostropic Equations with Horizontal Dissipation in Anisotropic Sobolev Space. Journal of Mathematical Physics, 63, Article ID: 091507. [Google Scholar] [CrossRef
[8] Chemin, J.-Y., Desjardins, B., Gallagher, I. and Grenier, E. (2000) Fluids with Anisotropic Viscosity. ESAIM: Mathematical Modelling and Numerical Analysis, 34, 315-335. [Google Scholar] [CrossRef
[9] Danchin, R. (2005) Fourier Analysis Methods for Pde’s. Lecture Notes.
[10] Wu, H. and Fan, J. (2012) Weak-Strong Uniqueness for the Generalized Navier-Stokes Equations. Applied Mathematics Letters, 25, 423-428. [Google Scholar] [CrossRef