基于三層海洋模型內(nèi)波傳播的非線性薛定諤方程與參數(shù)反演研究.pdf

1、海洋內(nèi)波是發(fā)生于流體內(nèi)部的一種波動，其普遍存在于世界大洋。中國南海作為海洋內(nèi)波的多發(fā)區(qū)，近年來受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。內(nèi)波作為海洋內(nèi)部重要的動力學(xué)過程，其強(qiáng)大的慣動性和牽制力對于海洋物質(zhì)運(yùn)輸、動量能量轉(zhuǎn)移有著重要作用，會造成營養(yǎng)物質(zhì)的遷移和海水的涌動；而內(nèi)波引起的突發(fā)性強(qiáng)流，亦會威脅到海上鉆井平臺、潛艇作業(yè)、水下通訊。因此研究海洋內(nèi)波對于海洋工程、海洋資源開發(fā)與利用、海洋生態(tài)等方面，都有著重大的意義。本文將通過數(shù)值模擬結(jié)合遙感探測的方法

2、來研究海洋內(nèi)波。首先建立內(nèi)波傳播的理論模型—基于三層海洋分層模式的非線性薛定諤（NLS）方程，然后利用該模型進(jìn)行數(shù)值模擬和內(nèi)波參數(shù)反演研究，通過研究結(jié)果來探索內(nèi)波規(guī)律并驗(yàn)證理論模型準(zhǔn)確性。具體工作如下：
　　第一，建立內(nèi)波傳播的NLS方程。將海洋的分層情況視為三層模式，利用流體力學(xué)拉普拉斯方程和伯努利方程，引入多重尺度變量，通過攝動展開方法，將原基礎(chǔ)方程進(jìn)行推導(dǎo)和轉(zhuǎn)化。逐步增加攝動展開近似的階次，最終得到描述內(nèi)波傳播的NLS方程。

3、對方程求解析解并分析方程中的有關(guān)參數(shù)物理意義。
　　第二，利用NLS方程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。利用分步傅里葉思想，對NLS方程進(jìn)行數(shù)值求解；選取中國南海深海盆海域，獲取當(dāng)?shù)睾Ｑ蟓h(huán)境參數(shù)值，依照該數(shù)值設(shè)置數(shù)值模擬條件；在MATLAB平臺上進(jìn)行內(nèi)波傳播數(shù)值模擬，分析波形演變情況，并與MODIS遙感圖像進(jìn)行對比。其結(jié)果為：深海區(qū)內(nèi)波傳播時(shí)波形逐漸展寬，振幅減小，原因是頻散效應(yīng)占主導(dǎo)地位；基于不同初始狀態(tài)的數(shù)值模擬演變規(guī)律幾乎相同，可認(rèn)為內(nèi)波