非線性深水波模型的Peregrine孤子及其頻譜測量

《非線性深水波模型的Peregrine孤子及其頻譜測量》是依託湖州師範學院，由黃文華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非線性深水波模型的Peregrine孤子及其頻譜測量
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃文華
• 依託單位：湖州師範學院

項目摘要

本項目利用水動力學和孤子理論研究思想方法致力於從水波Peregrine孤子及其獨特雙時空局域特性角度研究海洋凶波的形成及預警。從海洋非線性深水波模型非線性薛丁格方程，DS 方程，Dysthe方程等出發，尋求相應的精確解析解特別是Peregrine孤子解，研究其非線性特性以及傳播、演化等動力學行為，模擬凶波產生、發展及湮滅的瞬態過程，通過計算分析包絡孤子的頻譜與巨幅波形成的表象聯繫，特別是測量包絡孤子的特殊三角特徵頻譜，揭示凶波發展各階段與Peregrine孤子頻譜的對應規律，提出對凶波形成的初期特徵判斷，實現對凶波形成的早期預警監測，減少和預防災害。本項目研究將進一步豐富和深化海洋極值波理論，有利於海洋經濟可持續性發展，研究結果及進展也將拓展和借鑑到超短光脈衝、玻色-愛因斯坦凝聚以及大氣物理等不同領域的凶波研究，同時亦對發展科學的數學解析、數據分析方法和非線性波動理論具有積極意義。

結題摘要

探究海洋凶波（或畸形波）形成的非線性動力學機制近年來日益受到關注。在一維水波非線性薛丁格方程中首先發現的Peregrine孤子，因其超高波幅的雙時空局域特性，被視為海洋表面凶波的重要原型。光纖模型中的超短脈衝巨幅Peregrine 孤子亦最近被發現，並在實驗中成功實現模擬和觀測。本項目利用水動力學和孤子理論研究思想方法致力於非線性深水波模型的Peregrine孤子及其頻譜測量研究，也包括開展對非線性波孤立波、水波與海洋結構物相互作用，非線性光纖傳輸超短脈衝凶波研究等。藉助自相似法以及Darboux變換，構建特定函式關聯，基於Akhmediev所得的標準非線性薛丁格方程的Peregrine孤子通解形式，獲得了更高維變係數非線性薛丁格方程的單個和多階Peregrine孤子畸形波形態，包括AB孤子和KM孤子等，並給出了調控這些局域解的動力學機制，深化了對凶波的非線性動力學特性和形成機制的認識。採用基於無格線半隱式移動粒子 MPS 法開發的ML Particle-SJTU 求解器，利用開源CFD工具包OpenFOAM和重疊格線技術開發的多功能水動力學求解器naoe-FOAM-SJTU,以及基於非定常雷諾平均納維斯托克斯方程（RANS）方程的黏性數值模擬方法（URANS），對非線性孤立波與平板相互作用、船舶在不規則水波脊運動，船舶純搖首運動、船舶進入船閘的偏心影響以及複雜繞流等進行了數值模擬和研究，得到了一些有意義的成果。拓展至非均勻非線性波導中光脈衝傳播，研究了光畸形波在平面波導放大器中的傳播特性，通過參數的調控，實現光畸形波的激發位置的控制，以及光畸形波的延遲激發、抑制和保持等。此外，在準貝塞爾光束雷射傳輸特性的理論分析，具可調節邊界顆粒媒質散射的近場倏逝波的光譜特性，以及高解析度光纖光譜儀的設計及其在雷射誘導擊穿光譜中的套用等，取得了很好的成果。本項目研究發表論文22篇，SCI收錄16篇，EI收錄6篇，國際會議論文4篇，獲得專利1項。很好地執行了項目計畫內容，拓展了項目研究內容，對海洋航行安全、防災減災以及全光通信、光纖光譜儀設計套用等具有積極的理論指導和實踐意義。