有限深两层流体中内孤立波造波实验及其理论模型

将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推, 以基于 Miyata-Choi-Camassa (MCC)理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度, 发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法. 在此基础上, 针对有限深两层流体中定态内孤立波 Korteweg-de Vries (KdV), 扩展KdV (eKdV), MCC和修改的Kdv (mKdV)理论的适用性条件等问题, 开展了系列实验研究.结果表明, 对以水深为基准定义的非线性参数ε 和色散参数μ, 存在一个临界色散参数μ₀, 当μ < μ₀ 时, KdV理论适用于ε ≤μ 的情况, eKdV理论适用于μ < ε ≤√μ 的情况, 而MCC理论适用于ε > √μ 的情况, 而且当μ ≥μ₀ 时MCC理论也是适用的.结果进一步表明, 当上下层流体深度比并不接近其临界值时, mKdV理论主要适用于内孤立波振幅接近其理论极限振幅的情况, 但这时MCC理论同样适用.本项研究定量地表征了四类内孤立波理论的适用性条件, 为采用何种理论来表征实际海洋中的内孤立波特征提供了理论依据. 关键词： 两层流体 内孤立波 双板造波 临界色散参数     

内孤立波沿缓坡地形传播特性的实验研究

以南中国海东北部海域底部缓坡地形为背景, 在大型重力式分层流水槽中模拟了下凹型内孤立波沿缓坡地形传播过程中的浅化、破碎、分裂等现象, 利用分层染色标识方法和多点组合探头阵列技术对内孤立波沿缓坡地形演化特征进行了定性分析和定量测量. 实验表明: 浅化效应使内孤立波传播速度减小, 对大振幅内孤立波具有抑制作用, 对小振幅波具有放大效应; 浅化效应可导致内孤立波的剪切失稳及破碎, 还可导致大振幅内孤立波的分裂. 利用Miles稳定性理论可定性描述内孤立波沿缓坡地形传播时发生不稳定状态的位置, 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 分层流 缓坡地形 内孤立波 不稳定性     

内孤立波特征长度估计方法与验证

针对内孤立波特征参数估计问题,研究了一种基于简正波耦合的内孤立波特征长度估计方法,完成了密度分层流体介质内波水槽实验验证。根据各阶简正波之间的能量耦合规律,提出了简正波水平波数差与内孤立波特征长度的数学关系。结合抛物方程建立了浅海内孤立波场仿真模型,分析了内孤立波声散射特性对声场前向传播的影响,数值结果表明,在某个特定频率上声传播损失有显著起伏。比较分析该声源频率激发的简正波耦合波数差与原设定值,推导了最优估计关系式。搭建了内孤立波水槽的缩比实验系统,通过研制的宽带瞬态等离子体声源和特定水听器阵列完成了内孤立波的前向声散射数据收集,比较了水槽实验条件下得到的估计值与设定值,实验结果验证了估计方法的可行性。     

浅海内孤立波动态传播过程中声波模态强度起伏规律

内孤立波是一种常见于浅海海域的非线性内波,具有振幅大、周期短和流速强等特点,它通过扰动水体中的温盐分布使声速剖面产生明显的距离依赖性,进而影响水下声传播特性.内波自生成后通常以1 m/s量级的速度传播,运动的内波使声传播路径上的声波模态能量在空间和时间上剧烈起伏.本文定义模态强度为模态系数模值(模态幅度)的平方,并用其衡量各阶模态所含声能量的大小.文中基于耦合简正波理论,推导了内波运动时声波模态强度起伏的表达式,将模态强度表征为振荡项和趋势项的线性叠加.以往的工作大多局限于单独从时域或频域研究内波运动时声波模态强度的时变规律,本文则结合短时傅里叶变换在时频平面上揭示了模态强度的起伏机理.理论推导和数值仿真均表明内孤立波使各阶声波模态之间发生能量交换,即模态耦合.内波的动态传播进一步引起模态干涉,这种干涉效应表现为模态强度中的振荡项并使模态强度随时间快速起伏.受模态剥离效应(不同阶模态之间衰减系数的差异)的影响,趋势项的幅度随时间不断变化,进而对模态干涉引起的振荡叠加了时变的偏置.模态强度的整体走势和振荡项中各频率分量振幅的时变特征均与模态衰减密切相关.同时,本文使用深度积分声强作为总接...     

一类非线性色散方程中的新型奇异孤立波

研究一类非线性色散广义DGH方程的新型奇异孤立波及其Painlevé可积性.利用Painlevé分析发现当对流项强度m=2时广义DGH方程是可积的,这是一个新的可积方程.通过构造新的变量代换以及auto-Backlund变换获得该方程丰富的奇异孤立波解,如紧孤立波（compacton）、尖峰孤立波（peakon）、新型带尖点的双孤立波和带爆破点的双孤立波等. 关键词： 非线性色散方程 可积性 奇异孤立波     

孤立波在一维复合颗粒链中传播特性的模拟研究

采用分子动力学方法模拟研究了孤立波在重轻颗粒相间排列的一维复合颗粒链中的传播特性.结果发现,在轻重颗粒的质量比较大或较小时,散射作用较弱,颗粒的速度和孤立波的速度衰减较慢.在轻重颗粒的质量比为中等时,散射作用较强,颗粒的速度和孤立波的速度衰减较快.孤立波在通过重-轻颗粒界面时,存在有增速效应,可以提高孤立波的传播速度.并且,轻重颗粒的质量比越小增速效应越强.在散射作用和增速效应的共同作用下,改变轻重颗粒的质量比可以调控孤立波在重-轻颗粒链中的传播时间.     

基于光学遥感图像的南海北部内孤立波振幅反演模型与应用

收集2015年1月至2018年12月共计4年的MODIS光学遥感图像,利用神经网络算法建立适用于南海北部深海与浅海的内孤立波振幅反演模型。模型的计算结果与现有的南海实测数据对比,无论对于浅海(文昌海域)还是深海(东沙岛附近海域和深海盆地),反演精度都高于15%。利用模型得到了南海北部内孤立波的振幅分布,发现振幅分布与水深呈正相关,相关系数为0.81。计算了南海北部文昌海域、东沙岛附近海域以及深海盆地的内孤立波振幅分布,发现同一条内孤立波,振幅不同。南海北部文昌海域、东沙岛附近海域以及深海盆地的单条内孤立波振幅与水深呈正相关,相关系数分别为0.79,0.91,0.81。本文为南海北部海域深海与浅海的内孤立波振幅反演提供借鉴。     

离子声孤立子的实验研究

本文在稳态等离子体装置中,对离子声孤立子的激发、空间传播和马赫数等进行了研究。实验结果表明,在目前情况下有必要考虑等离子体扩散对孤立子行为的影响。     

非均匀圆柱壳中传播孤立波的动力学稳定性

利用积分因子法对非均匀圆柱壳中传播孤立波的动力学稳定性进行详细的数值研究.以高斯波扰动、简谐波扰动和随机扰动作为初始扰动,考察受到这三种不同扰动的孤立波能否较长时间保持波形结构和传播速度而稳定传播的问题.结果表明：孤立波的稳定传播与扰动幅度、宽度和波长有关,只在受到幅度、宽度和波长都足够小的扰动下非均匀圆柱壳中传播的孤立波才能够表现出较强的抗干扰性,具有良好的动力学稳定性.     

Degasperis-Procesi 方程的无穷序列尖峰孤立波解

本文为了构造非线性发展方程的无穷序列尖峰精确解,给出了Riccati方程的Bäcklund 变换和解的非线性叠加公式,并借助符号计算系统Mathematica,用Degasperis-Procesi方程为应用实例,构造了无穷序列尖峰孤立波解和无穷序列尖峰周期解. 关键词： Riccati方程 解的非线性叠加公式 尖峰孤立波解 Degasperis-Procesi 方程     

具有能量输入/输出的固体层中孤立波的传播及相互作用特性

首先利用直接微扰方法,确定了孤立波的放大或衰减与孤立波的初始幅度以及介质的结构参数之间的关系.然后利用线性化技术构造出一种四阶精度的差分格式,并对孤立波在细观结构固体层中传播及不同幅度的孤立波的相互作用进行了数值模拟,从而得到在适当条件下细观结构固体层中孤立波传播时可以衰减、放大也可以稳定传播,且相互作用不影响它们这种传播特性.     

基于最小二乘法和支持向量机的海洋内孤立波传播速度反演模型

传播速度是内孤立波的重要参数之一,如何通过光学遥感图像准确快速地获得内孤立波速度是目前需要解决的重要科学问题.本文在实验室建立了模拟内孤立波光学遥感成像系统,开展了系列综合实验,获取实验数据库,并利用最小二乘法和支持向量机两种方法分别建立基于单景光学遥感图像的内孤立波速度反演模型.利用中国南海的MODIS图像和GF-4图像数据对速度反演模型进行精度检验.研究结果表明:最小二乘法内孤立波速度反演模型能够给出回归方程,物理意义更为直观,且在300—399 m水深范围精度更高,而支持向量机内孤立波速度反演模型在水深400—1200 m和83—299 m的范围内精度高.因此两种内孤立波速度反演模型各有优势,都可以应用于真实海洋中内孤立波速度的反演.     

一类非线性色散Boussinesq方程的隐式孤立波解

用动力系统分岔方法研究了一类非线性色散Boussinesq方程.在不同的参数条件下,给出了该方程具有隐函数形式的孤立波解的解析表达式.数值模拟进一步验证了所得结果的正确性.     

非线性偶极-交换表面自旋波的包络孤立子解

介绍了非线性表面自旋波理论研究的新进展 ,并对前人的理论做了推广 ,针对具有非均匀交换各向异性的偶极 交换铁磁介质的非线性表面自旋波的性质和行为进行了较为系统的理论研究. The new progress in the theoretical investigation on nonlinear surface spin waves is reviewed, and the theory mentioned above is generalized. A relatively systematical investigation on the behaviors and properties of the nonlinear surface spin waves in dipole-exchange ferromagnetic media with inhomogeneous exchange anisotropy is developed.     

孤立子简介

 早在1834年8月,26岁的英国科学家、造船工程师约翰·斯各脱·罗素在勘探连接爱丁堡和格拉斯哥的运河河道中偶然发现了一种十分奇妙的自然现象.1844年,他在《英国科学促进协会第14届会议报告》上发表了“论波动”一文,对这一现象作了极为生动的描述:“1834年秋,我观察过一条船被两匹马拉着沿狭窄的运河迅速前进.突然,船停了下来.     

BOUSSINESQ方程初边值问题的孤立波解

本文给出了Boussinesq方程的一种差分格式并对其初边值问题进行了数值模拟。数值证明了在一些边界条件下Boussinesq方程孤立波解的存在。     

修正cKdV方程组的孤立波结构及其稳定性

利用函数展开法求解修正耦合KdV(Coupled KdV,cKdV)方程组,得到几类孤立波解,包括扭结型-钟型、双扭结型、双钟型以及双扭结-双钟型结构的单孤子解.在不同的极限情况下,这些解分别退化为修正cKdV方程的扭结状或钟状孤波解.对孤立波的稳定性进行了数值研究,结果表明:修正cKdV方程既存在稳定的孤立波解,也存在不稳定的孤立波解.     

浅水体系中的多孤立波

形式分离变量法被推广应用于寻求不可积模型的多孤立波解.特别地,应用形式分离变量法于三个描述浅水体系的非线性方程:推广WhithamBroerKaup(WBK)方程、2+1维耦合KortewegdeVries(KdV)方程和1+1维耦合KdV方程,给出了这些体系的明显的解析的多孤立波解 关键词： 浅水体系 多孤立波 形式分离变量法 不可积模型     

一类广义非线性扰动色散方程孤立波的近似解

采用了一个简单而有效的技巧,研究了一类非线性扰动色散方程.首先引入求解相应典型方程的孤立波解.然后利用同伦映射方法得到了原非线性扰动色散方程奇异孤立波的近似解.     

非线性振动、非线性波与Jacobi椭圆函数

介绍用较易懂且简捷的Jacobi椭圆函数解法求非线性振动与非线性波的解析解,并以单摆,达芬(Duffing)振子,KdV方程,正弦戈登(Gordon)方程(SG方程),非线性薛定谔方程(NLS方程)的椭圆函数解,钟形孤立波解,扭结与反扭结波解,呼吸子解,扭结波与反扭结波迎头碰撞及包络型孤立子波解等重要实例,给出了说明．