《深水畸形波非線性動力機制與有效模擬研究》是依託河海大學，由陶愛峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深水畸形波非線性動力機制與有效模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陶愛峰
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
畸形波正在成為海岸海洋船舶工程設計和防災減災研究時，需慎重考慮的災害性海浪現象。從深水畸形波入手，可以剝離出水波非線性機制本身對畸形波的作用。本研究暫不考慮洋流和風的效應，採用理論分析和數值模擬為主要研究手段，探討深水畸形波產生和發展過程中涉及的非線性動力機制、運動特性與有效模擬問題。理論分析將基於Zakhorav類方程進行，可以研究不同時間尺度中起主導作用的水波非線性機制。主要數值方法為三維高階譜方法，該方法能考慮任意波數的任意階非線性且能考慮耗散效應，還具有可並行、計算速度快、能直接給出解析波面和速度分布等優點，可以模擬水波非線性長期演化過程，捕捉、刻畫和統計演過過程中出現的畸形波輪廓結構、運動特性和時空分布特徵。本研究還將結合小波分析等能獲取波場局部信息的方法，在數值波浪港池中重構畸形波生成過程，有效實現符合相應非線性動力機制和運動特性的畸形波，為在實驗室研究畸形波打好基礎。
結題摘要
圍繞深水畸形波的動力機制，基於高階譜方法深入探討了調製不穩定性問題，重新探討了調製不穩定性最不穩定條件，首先指出單從邊帶增長率來開，上下邊帶對應的最不穩定頻寬不一致，因此難以給出最不穩定邊帶，進而結合均勻強度弱噪音的加入，確定了最不穩定條件。發現了原有調製不穩定重現周期在滿足最不穩定條件時的誤差很大，解釋了原有理論產生誤差的原因，並提出了新的調至不穩定性重新周期公式。藉助對Stokes 調製波列長期演化過程的模擬，研究了不同時間尺度的非線性機制，明確提出在-3T0之後的時間尺度，調製不穩定性不再是主導性的非線性機制，此時的主導非線性機制已經由波波相互作用轉變為波群與波群的相互作用，新的非線性機制產生的畸形波相比調製不穩定性階段，波高更大且隨機性更強。圍繞畸形波特性，對波列長期演化過程中不同時間尺度的畸形波進行了詳細探討，指出了不同非線性機制對應的畸形波無論是發生機率、最大波高、局部波陡和畸形度等的明顯區別，明確了BFI作為畸形波預測因子的適用範圍，指出最大相對波高等參數與峰度值在不同尺度都存在強相關性，然而這種相關關係在不同的時間尺度截然不同，且在兩種時間尺度的過渡部分會出新一種明晰的過渡關係，這些對於畸形波的分類有著重要的理論價值。圍繞畸形波的有效模擬，首先基於高階譜方法建立了數值波浪水槽，實現了數值水槽中的非線性畸形波重構，進而從實驗室中初步實現了不同類型的畸形波造波。同時蒐集、整理並系統分析了韓國周邊海域八個測站以及江蘇近海響水站長期連續波浪資料中的畸形波特性，明確了包含發生機率、波形特徵和運動特點在內的真實畸形波特性及其影響因素，為下一步真實畸形波的有效模擬提供了科學依據。
