关于一类层结切变流的分类和非线性解

本文从层结切变流体的非线性重力内波方程出发,考虑了行波一类流动,对于这一类流动,导得了两个变量(扰动速度和扰动密度)的一阶自治动力系统的常微分方程组.并在以扰动速度和扰动密度为坐标的相平面原点附近,用微分方程定性理论的方法对积分曲线的几何拓扑结构作了定性分析。在相图上按Richardson数不同,把积分曲线分成若干不同性质的区域。当Ri<0时,不管速度切变dū/dz是正是负,奇点是不稳定的鞍点。当Ri>0时,正切变dū/dz区奇点是不稳定的,负切变dū/dz区奇点是稳定的(01/4时是稳定焦点,即存在振幅衰减的周期解;Ri→∞时是稳定的中心,即存在周期解)。 对非线性项展开保留到二次项得到二次系统。分析表明,解的拓扑结构和一次系统完全一致.一次系统的中心点仍是二次系统的中心点,二次系统的周期解满足著名的K_dV方程,是椭圆余弦波.二次系统其它情况下的解(即随时间才变化的速度)和一次系统并不相同,更反映大气和海洋的许多现象(包括湍流)的实际情况。