Extreme waves in crossing sea states
通过采用高阶谱方法求解平底自由面Euler方程的数值模拟,研究了此类系统中横浪状态的演变和流氓波的出现。两类交叉的海状态进行了分析:一个使用方向谱从Draupner波交叉在不同的角度,另一个考虑一个Draupner的光谱交叉与窄带JONSWAP状态风海和涌浪之间的光谱增长模型。这两个类的跨海状态的构造使用的光谱输出的WAVEWATCH III后报的Draupner流氓波事件。我们测量了系综统计矩随时间的变化,发现虽然交叉角在一定程度上影响了统计演化,但没有明显的三阶效应。此外,我们特别注意极端波峰高度下测得的平均海平面,其中的海拔(设置或设置)被证明是相关的频谱内容在相应的频谱的低波数区域。
2018-02-10 physics.flu-dyn
Statistics of rogue waves in isotropic wave fields
本文研究了在地面重力波湍流逆级联中出现的异常波的统计特性。在这样的统计均匀,稳定和各向同性波场,低频波产生的非线性相互作用,而不是直接迫使造波机。这提供了一个实验室实现可以说是最简单的非线性海状态,其中进行长时间的收购和理论模型进行比较。对数千个异常波的分析表明,它们的一些性质主要取决于四波共振相互作用,例如,大波峰比二阶模型预测的更有可能。
2022-06-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On Long-Crested Ocean Rogue Waves Originating From Localized Amplitude and Frequency Modulations
本研究针对海洋畸形波的形成机制开展实验,在单向JONSWAP型海况下发现非线性聚焦机制可细分为局地振幅、相位相关频率调制或二者共同作用三类,频率调制型虽概率低但不可忽视,为畸形波预测防范提供了新的机制认知。
2024-08-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Linear and Nonlinear Rogue Wave Statistics in the Presence of Random Currents
我们回顾了最近的进展,在模拟的概率分布波高在深海作为一个功能的少数参数描述当地的海况。考虑了流氓波形成的线性和非线性机制。首先,我们表明,当平均波陡是小的和非线性波的影响是subleading,波高分布是很好地解释了一个单一的“怪胎指数”参数,它描述了(线性)波散射的强度由随机电流相对于入射随机海的角展。当平均陡度较大时,波高分布采用非常相似的函数形式,但决定概率分布的关键变量是陡度以及入射波的角度和频率扩展。最后,当线性和非线性效应共同作用时,预测极端波浪形成的概率更大。
2012-07-09 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
An extended Kundu-Eckhaus equation for modeling dynamics of rogue waves in a chaotic wave-current field
在本文中,我们提出了一个扩展的Kundu-Eckhaus方程(KEE)的动力学建模的斜流氓波出现在附近的波阻塞点,由于反向电流。我们提出的方程是一个KEE与一个额外的潜在的条款,因此,在本文中提出的结果可以很容易地推广到研究的流氓波和超短(飞秒)脉冲的KEE的量子隧穿性质。在扩展的KEE框架下,数值模拟表明海流的混沌扰动触发了海面上的流氓波。我们提出并实现了一个分裂的步骤计划,并表明,我们提出的扩展KEE是不稳定的随机混沌扰动在当前的配置文件。这些扰动将单色波场转变为具有许多峰的混沌海状态。我们的数值计算表明,由于扰动的流氓波的形状在当前的配置文件密切遵循的形式合理流氓波的解决方案,特别是对中心峰。我们还讨论了混沌电流扰动的大小对流氓波发生统计的影响。
2016-04-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn quant-ph
Shapes and Statistics of the Rogue Waves Generated by Chaotic Ocean Current
在这项研究中,我们讨论的形状和统计的流氓(怪胎)波出现由于波流相互作用。为此,我们使用一个简单的控制方程,这是一个非线性薛定谔方程(NLSE)的扩展R。Smith(1976).这种扩展的NLSE帐户的阻塞点附近的海洋表面的非线性动力学的电流梯度的影响。使用分裂步骤的计划,我们表明,扩展的NLSE史密斯是不稳定的随机混沌扰动的电流配置文件。因此,单位振幅的单色波场变成了一个多峰的混沌海态。通过比较数值和解析结果,我们表明,流氓波由于在当前配置文件中的扰动的形式合理流氓波的NLSE解决方案。我们还讨论了混沌流剖面扰动的大小对海洋表面流氓波产生的统计的影响。Smith推广的NLSE中的延拓项引起相移,但不改变波场的总能级。利用本文所采用的方法,可以研究由于海流阻塞效应而引起的海洋表面流氓波发生的动力学。这提高了海上作业和海上旅行的安全性。
2015-12-11 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Rogue waves and analogies in optics and oceanography
我们回顾了光学和海洋环境中的流氓波和相关不稳定性的研究,特别关注最近的实验进展。在光学方面,我们强调使用实时测量技术所产生的结果,而在海洋学方面,我们考虑从分析真实世界的海浪数据和波浪水槽中的受控实验中获得的见解。虽然在理解流氓波已经取得了重大进展的基础上,在光学和流体力学的波动力学之间的类比,这些比较主要集中在一维非线性传播的情况。因此,在公海复杂环境中,关于驱动海洋流氓波产生的主要物理机制仍然存在重大争议。在这里,我们回顾国家的最先进的流氓波的研究在光学和流体力学,目的是清楚地确定在这两个领域所获得的结果之间的相似性和差异。在流体动力学,我们注意审查结果,支持海洋流氓波形成的非线性和线性解释,并在光学,我们还总结了一个新兴的研究领域的结果,应用测量技术开发的流氓波耗散孤子系统的研究。最后,我们讨论了未来的重要研究方向。
2019-12-21 nlin.PS physics.ao-ph physics.flu-dyn
Persistence of hydrodynamic envelope solitons: detection and rogue wave occurrence
本文讨论了在深水单向非线性不规则水波的直接数值模拟中观测到的一个持续200多个周期的波群。模拟条件的特点是参数现实的宽带波在海上。通过求解非线性薛定谔方程的相关散射问题,证明了该群孤子是具有显著稳定参数的强包络孤子。大部分极端波浪都发生在这一群的顶部,导致更高更长的异常波浪事件。
2021-02-03 nlin.PS physics.flu-dyn physics.geo-ph
Effect of shoaling length on rogue wave occurrence
本文通过理论模型与非线性模拟研究浅滩坡长对畸形波的影响,发现当坡度达1/10或更陡时,非平衡动力学主导波列演变,浅化效应主要由坡度大小而非坡长驱动。
2023-11-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lifetime Characterization of Extreme Wave Localizations in Crossing Seas
本研究针对交叉海域极端波聚焦问题,通过全非线性模拟与耦合非线性薛定谔框架分析,发现一类寿命更长的新型非线性畸形波,打破了准四波共振在方向扩散波场中减弱的认知,开辟了相关研究新方向。
2024-05-20 nlin.PS physics.flu-dyn
Systematic Study of Rogue Wave Probability Distributions in a Fourth-Order Nonlinear Schrödinger Equation
非线性不稳定性和海流折射都是超越瑞利近似的重要机制,可能是畸形波形成的原因。本文定量地研究了非线性对海洋表面重力波演化的影响,系统地探讨了各种输入参数对畸形波形成概率的影响。采用四阶电流修正的非线性薛定谔方程(CNLS 4)描述波的演化。通过数值求解CNLS 4,我们能够获得波高分布的定量预测作为关键环境条件的函数,如平均陡度,角展,和当地海况的频率扩展。此外,我们探讨了波高分布的空间依赖性,与非线性发展的积累。
2012-07-09 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Modelling rogue waves through exact dynamical lump soliton controlled by ocean currents
流氓波是非常高和陡峭的孤立波,它突然出现在平静的海洋中,消失得同样快。然而,尽管Rogue波是局部表面波,但它们的理论模型和实验观测大多是一维的,其中大多数只承认有限和固定的振幅和波的模数倾角。提出了一个二维精确可解的非线性薛定谔方程(NLS),该方程可从基本流体力学方程导出并具有可积结构。所提出的二维方程具有调制不稳定性和由非线性效应引起的频率校正,并具有方向偏好性,所有这些都可以通过精确的解析结果来确定。2D NLS方程还允许精确的集总解,其可以模拟具有可调节高度和模块化倾斜的完全生长的表面Rogue波。在海流的影响下,块孤子出现和消失之前的空穴状态,其动力学控制的电流项。这些理想的属性,使我们的精确模型有希望描述海洋流氓波。
2015-02-02 nlin.SI physics.flu-dyn
On the possibility of seismic rogue waves in very soft soils
液体波的研究表明,在一定的相长干涉条件下,在特定的点上可以产生异常的尺寸波。这种类型的波,很久以前在文献中描述过,在1995年被命名为“Draupner波”。这是第一个由测量仪器探测到的超过10米高的巨浪,发生在挪威海岸外的北海的Draupner平台。对于大陆沉积盆地中的非常软和厚的土壤,具有高含水量、低剪切波速度和盆地边缘的波浪反弹效应,人们可以质疑在表面地震波中可能未被注意到的这种类型的反常波的理论存在。这篇简短的通讯介绍了最近的观测结果以及重力波和地震波之间类比的条件和限制。
2020-04-13 nlin.PS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Spontaneous emergence of rogue waves in partially coherent waves: a quantitative experimental comparison between hydrodynamics and optics
流氓波是波场的极端和罕见的波动,在许多物理系统中已经讨论过。它们的存在大大影响了非相干波场的统计特性。他们的理解是船舶和海上平台设计的基础。除了非常特殊的气象条件外,海洋中的波浪的特征是所谓的JONSWAP(北海波浪联合项目)谱。在这里,我们比较了两个独特的实验结果:第一个已经在270米的波槽和光纤中进行。在这两种情况下,由JONSWAP频谱和随机傅立叶相位表征的波已经在实验设备的输入处发射。的定量比较,基于适当的缩放的两个实验,显示了很好的协议之间的统计流体力学和光学。自发出现的重尾波振幅的概率密度函数中观察到在这两个系统。结果表明流氓波的普遍特征,并提供了一个基本的和明确的桥梁之间的两个重要领域的研究。数值模拟也与实验结果进行了比较。
2017-07-03 nlin.PS physics.flu-dyn physics.optics
Gaussian variational ansatz in the problem of anomalous sea waves: Comparison with direct numerical simulations
本文结合海洋流氓波问题,对斜向波包在不同初始参数下的非线性动力学进行了解析和数值研究。在高斯变分分析的框架下,将其应用于相应的(1+2D)双曲非线性薛定谔方程,导出了一个简化的拉格朗日微分方程组,它决定了高斯方程中实二次型和虚二次型系数的演化.该模型提供了一个半定量的描述过程的非线性时空聚焦,这是一个最有可能的机制,流氓波的形成在随机波场。该系统是集成在quadratures,这一事实使我们能够理解定性的差异之间的线性和非线性制度的聚焦的波包。高斯模型预测的结果进行了比较完全非线性长峰水波的直接数值模拟。
2015-01-30 nlin.PS physics.flu-dyn
Anomalous wave as a result of the collision of two wave groups on sea surface
对海面非线性动力学的数值模拟表明,两组波矢接近但不共线的相对低波(每组两个或三个波,波陡约为0.2)碰撞,可导致出现一个高度明显大于线性理论的异常波。由于这种碰撞经常发生在海洋表面,因此这种形成流氓波的情况显然是自然条件下最典型的。
2016-02-11 nlin.PS physics.ao-ph physics.flu-dyn
Level-crossing distributions of kinematic variables in multidirectional second-order ocean waves
考虑了一个平稳随机过程的条件值,给出了另一个相关平稳随机过程的水平上交。假设这两个过程都是弱非高斯的,相关的条件分布的解析近似推导。它是基于一个三变量Edgeworth展开截断到非高斯项的最低阶,其中赖斯的公式,然后应用。作为应用,研究了二阶海浪中的水平上穿条件作用。监测上升事件的海面高程。不同的运动学变量的条件分布,给定的上交,被认为是不同的海况配置。从分析模型的预测进行了比较,从Monte Carlo实验获得的数值数据。结果发现,解析近似提供了条件的平均值和方差与数值数据吻合良好,虽然出现适度的差异,最严重的波cambers的海况。关于有条件的偏度,给定的上交,结果是混合的,在一些情况下,分析近似值和数值估计值之间存在显着差异。一个Edgewatch型近似也提供了向上交叉频率和蒙特卡罗估计相比,这种分析估计被认为是准确的在很宽的范围内的交叉水平。
2022-09-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Predictability of the Appearance of Anomalous Waves at Sufficiently Small Benjamin-Feir Indices
数值模拟的非线性动力学的随机海浪在适度小Benjamin-Feir指数和它的比较与线性动力学(在空间傅立叶谐波附近的频谱峰在一定的时间$t_p$的重合)表明,流氓波的出现可以提前预测。如果线性近似显示在$t_p$之后不久的将来存在足够广泛和/或高的波群,则在非线性模型中几乎必然形成异常波。可靠预报的时间间隔涵盖几百个波浪周期,这在实践中可能是相当足够的,例如,避免船只与巨浪相遇
2016-09-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Statistics of weakly nonlinear waves on currents with strong vertical shear
我们调查如何存在的垂直剪切电流影响波的统计数据,包括流氓波的概率,并将其应用到现实世界的情况下,使用测量的频谱和剪切电流数据从哥伦比亚河口。导出了适用于波陡二阶的弱非线性波理论,并用于分析表面波的统计特性;该理论扩展了Longuet-Higgins的经典理论[J.FluidMech.12,3(1962)],以允许任意深度依赖的背景流,$U(z)$,其中$U$是沿着波传播的主方向的水平速度,而$z$是垂直轴。数值统计收集了大量的随机,不规则的海况实现JONSWAP频谱,线性和指数模型电流的不同强度。提出了一些统计量,并与文献中的一系列理论表达式进行了比较;特别是波面高程、表面最大值和波峰高度的分布;包括流氓波概率在内的波动概率; $N_s$波之间的最大波峰高度,以及表面高程分布的偏斜度。我们发现,与无剪切条件相比,反向垂直剪切($U'(z)>0$)导致波高增加和非线性波高程分布的偏度增加,而随后的剪切($U'(z)<0$)具有相反的效果。利用Zippel & Thomson在哥伦比亚河口实测的波浪谱和流速剖面[J. Geophys.结果:海洋122,3311(2017)]我们的二阶理论预测,在退潮和洪水期间,流氓波的概率分别显着降低和增强,这为在波浪建模和预测中需要考虑剪切流的概念提供了支持。
2023-01-16 physics.flu-dyn
Tracking breather dynamics in irregular sea state conditions
非线性薛定谔方程(NLSE)的呼吸子解被认为是海洋和克尔介质中极端事件的骨干模型。这些精确的determinisitic流氓波(RW)的原型在一个规则的背景下描述了广泛的调制不稳定性配置。或者,海洋或电磁波场可以具有混沌性质,并且已知RW也可以在这样的条件下发展。我们报告了一项实验研究,证实了在一个不规则的海洋JONSWAP波场的极端本地化可以追溯到起源于确切的NLSE呼吸器解决方案,如游隼呼吸器。数值NLSE以及修改后的NLSE模拟都与实验室实验吻合良好,突出了普遍的弱非线性演化方程的出现,以及在非线性色散介质中的极端事件的预测的意义。
2016-04-20 nlin.PS physics.flu-dyn
Deterministic aspects of nonlinear modulation instability
不同于随机波场的统计考虑,本文旨在有助于理解(一些)潜在的物理现象,可能会引起极端,流氓,波的发生。为此,研究了一个特定的确定性波场,该波场从均匀背景中产生极端波。对于这种明确描述的Benjamin-Feir不稳定性的非线性扩展,研究了NLS方程有限背景下的孤子、全局下游演化畸变、极值波的时间信号以及极值位置附近的局部演化.作为搜索的条件,以获得极端波的一部分,我们表明,极端波具有特定的优化性能的物理能量,并评论可能的有效性更现实的情况。
2011-10-24 physics.flu-dyn
Level crossing instabilities in inviscid isothermal compressible Couette flow
本文研究无粘等温可压缩库埃特流的线性稳定性,发现非拐点特征模态随马赫数和波数增大发生无限序列的能级交叉稳定性转变,形成斑马状不稳定窗口,并识别出转变附近的平方根幂律增长率形式。
2024-12-30 math-ph math.MP physics.flu-dyn