李自刚 严 旺 康佳琪 江 俊 洪 灵

* (西安科技大学力学系,西安 710054)

† (西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,西安 710049)

引言

海洋系统天然受到多种环境因素(风速、温度、海水含盐量等)、人类活动和天体运动等不确定扰动的影响,导致其洋流运动复杂而多样[1-2].然而,一些观测和研究发现,其内部蕴含着能够对洋流的运动方向和趋势起限制和导向作用的复杂动力结构和特征,影响甚至主导了表面漂浮物的流动形式和演化路径.例如,经志友等[3-4]观测发现南海内部存在自循环环流结构,以及跨海域间的贯穿流结构.这种暗藏结构在动力学上表现为对周围流动体的吸引或排斥性效应,并能够引起流场的涡漩,进而可能导致表面漂浮物在某些水域的长期或短期聚集.Serra 等[5]验证了海洋表面暂态吸引性的存在,并展示了这种内在特征结构在海洋救援中的积极作用.由此,需全面系统地揭示这类系统复杂的内在结构状态和特性,这是深入认识并利用海洋规律的关键.

海洋作为典型的强非线性随机系统,对其洋流动态演化和动力结构特性的研究,主要从数值模拟和解析分析两方面开展.前者大多以水动力经典方程(如:Langevin 方程、Fokker−Planck 方程、Navier−Stokes 方法和对流扩散方程等)为基础[6-7],能利用数值算法针对复杂情况开展模拟,但通常计算难度较大.而传统对简化模型的解析分析简单高效,但仅能从机理上研究特定条件下的局部定性行为(如海洋吸……