叶潇潇 游景皓 宋金宝

实验室造波条件对内孤立波发展影响的直接数值模拟*

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(1. 浙江大学海洋学院物理海洋与遥感研究所 舟山 316021; 2. 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室 成都 610065)

内孤立波具有振幅尺度大、能量集中的特点, 其引起流场和密度场的迅速变化可能对海洋工程结构物以及水下潜体造成严重威胁。因此研究不同造波条件下生成的内孤立波运动的流场特征具有重要的学术意义和实际应用价值。采用直接数值模拟方法和给定的初始密度场密度跃迁函数, 对重力塌陷激发内孤立波的运动过程进行研究, 探讨了不同造波条件下, 激发产生的内孤立波波型、涡度、振幅和水平速度等流场特征。结果表明: (1)直接模拟数值方法能够模拟内孤立波传播过程中的密度界面波型反转现象; (2)从定性和定量的角度, 证实了不稳定内孤立波传播过程中存在能量的向后传递; (3) 对于相同的台阶深度(水闸两侧初始密度界面的高度差), 初始涡流保持相同, 但是随着上下层水深比的减小, 其强度下降显著; (4)台阶深度对初始涡流的垂直结构的影响要大于上下层水深比, 且台阶深度对内孤立波的振幅、水平速度的影响显著。

内孤立波; 初始条件; 重力塌陷; 直接数值模拟

内波是发生在密度稳定分层的流体内部的一种波动, 而内孤立波是一种特殊的内波。内孤立波频繁地发生在海洋中, 在世界海洋的许多大陆边缘斜坡上都曾观测到内孤立波痕迹(Filonov, 2000; Azevedo, 2006; Vázquez, 2008)。……