水流作用下非线性波浪不稳定性的研究

波浪的不稳定性是研究水波动力学的关键问题之一，而波流相互作用则是海洋工程领域的一个重要研究方向。本项目通过理论分析和物理模型实验相结合的手段，利用先进的数据分析方法，对不同初始形态的波浪（均匀波列，扰动波列）在不同方向、不同流速水流中的非线性调制演化进行深入、详细的分析研究，探讨水流对波浪不稳定性的影响；研究水流对波浪最不稳定频率、扰动边带波浪初始增长率、边带波浪不对称增长、频带下移以及Fermi-Psata-Ulam 重现现象的影响。应用基于小波变换的方法对波浪传播过程中出现的瞬时极限波浪（畸形波）的局部特征进行分析，研究其产生机理，并分析水流的存在对极限波浪生成的影响，为理解畸形波的生成机制打下坚实的理论基础；通过小波变换方法提取波浪的瞬时频率，进而研究波浪调制演化过程中频带下移的特征，分析频带下移现象发生的条件。本项研究成果将拓展波浪不稳定性的理论，并将加深理解畸形波的生成机制。

调制不稳定性是深水波浪的重要特性之一，调制不稳定性可以引起波面的快速变化并且可以引起极限大波，因此波浪的调制不稳定性是国际上非线性水波动力学研究中的热点和难点问题。在国家自然科学基金委青年科学基金项目“水流作用下非线性波浪不稳定性的研究（51109032）”2012年1月~2014年12月期间的资助下，项目组进行了系统的水流对波浪调制不稳定性的研究，取得了丰富的研究成果，已发表论文15篇，其中被SCI收录5篇，EI收录7篇。其中发表在国际流体力学领域顶级期刊Journal of Fluid Mechanics和Physics of Fluids文章各1篇，国际海洋工程领域顶级期刊Coastal Engineering 和Ocean Engineering 各1篇，海洋工程领域著名期刊China Ocean Engineering 1篇，Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environments 2篇。所取得主要成果主要为：（1）耗散对波浪调制不稳定性的影响规律；（2）水流对波浪调制不稳定性影响的解析解；（3）水流对波浪调制不稳定性发展的影响；（4）水流存在下由调制不稳定性引起的极限波浪的特征。