内孤立波反射与相互作用实验与南海北部内孤立波传播特征的初步分析

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1、万方数据内孤立波反射与相互作用实验及南海北部内孤立波传播特征的初步研究学位论文答辩日期：2Q!§生三月2窆旦指剥獬：硌垒盘答辩委员会成员粹弛雏万方数据谨以此论文献给所有帮助过我的人。——李友开万方数据独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得!洼；如遗查基丝盂蔓缱剔直盟数：奎拦亘窒2或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名巷研签字嗍

2、∽衅么月／口日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下事项：1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学”中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)导师粹孑书依签字日期：vf产6月I1日衍∥鸯p轹／胡麟∥者年

3、作№文秒敝∽位期芦些了[_L登万方数据内孤立波反射与相互作用实验及南海北部内孤立波传播特征的初步研究摘要内孤立波是海洋中普遍存在的自然现象，对海洋生态和海上建筑都有重要的影响。上世纪60年代以来，Korteweg．deVries(KdV)方程已经成为内孤立波研究最为常用的经典理论。基于KdV方程的解，孤立波在竖直平面上反射或者等振幅孤立波相互作用时，在反射点或者相互作用区域附近可以产生新的孤立波，其最大振幅可达原孤立波振幅的4倍，并且新生成孤立波波峰线随时问增长。目前，对于层结流体中内孤立波的反射和相互作用的研究相对较少，因此本文中首先就该问题采用水槽实验的方法进行了

4、相关实验探究。此外，两层流体假设下KdV方程是最简洁易用的形式，通过内孤立波导致的海水最大水平流速可反演出内孤立波的振幅，结合海水层结数据即可反演其传播特征，据此结合南海北部荔湾区块的实地观测数据对该海域内孤立波传播特征进行了初步分析，并可以为设计一种简单的内孤立波预警方法提供参考。本文研究内容主要包括两部分：第一，采用水槽实验对两层流体中内孤立波反射和对称相互作用进行了模拟，并与基于KdV方程解的内孤立波传播速度以及相互作用理论结果进行了对比。实验结果分析发现，重力塌陷法要优于混合重力流冲击法，前者生成的波形更为对称和完整，而且形成时间较短；层结和入射波振幅一定的情

5、况下，内孤立波的反射或对称相互作用的类型取决于入射角的大小，通过与临界角的对比可以来判断反射类型，即入射角在小于临界角时为马赫反射，入射角大于或等于临界角时为常规反射，与理论结果相吻合；马赫反射的步角要大于理论值，马赫反射中马赫峰的成长速度要大于理论值。此外，水槽实验中反射区域的振幅并未出现4倍放大效应，最大振幅约为入射波振幅的2倍左右；马赫反射的反射角并非定常值，且较理论值偏大：实验中内孤立波的强非线性可能是造成以上偏差的主要原因。第二，基于KdV方程，结合南海北部的锚系观测数据和WOAl3数据对南海北部荔湾区块的内孤立波传播特征进行了分析，实测数据共捕获了五次典型

6、的内孤立波过程，其中四次具有两套锚系同步观测。分析发现：对荔湾区块一次大振幅内孤立波过程，背景海流对内孤立波传播速度的影响约为5％，因此对于该海域内孤立波预警而言背景流的作用不是很大；选取第一模态最大值对应深度作为上层海水厚度，结合KdV方程可以对荔湾区块内孤立波传播特征进行预测，且误差控制在9％以内，基于此可以通过监测上层流速的方法进行实时预警：此外还以“海洋石油981”平台为例，利用Morison方程等经验公式对其所受典型内孤立波载荷时历进行了分析，以期对该区域作业的石油平台提供安全参考。关键字：内孤立波马赫反射削V方程南海北部万方数据Internalsolita

7、rywavereflectionandinteractionexperimentsandthepropagationcharacteristicsofinternalsolitarywavesinthenorthernSouthChinaSeaAbstractsolitarywavesareubiquitousphenomenaintheoceansandtheycanposeseriouseffectsontheoceanenvironmentandoceanengineering．Korteweg—deVries(KdV)equationhasb