Об эволюции одиночной внутренней волны в канале. Численные эксперименты

Аннотация

Исследовалась эволюция одиночной внутренней волны и факторы, влияющие на скорость ее затухания. Изучалось влияние нелинейностей системы уравнений модели на численное решение, поскольку нелинейные взаимодействия зачастую являются решающими. В серии численных экспериментов с трехмерной негидростатической конечно-элементной моделью вода-воздух, дополненной алгоритмом метода конечных объемов, воспроизводилось прохождение одиночной внутренней волны в канале с различной стратификацией плотности. Приводится краткое описание модели, постановка задачи и особенности численного алгоритма. Для анализа результатов численных экспериментов использовался вейвлет-анализ, позволивший наиболее полно и в то же время компактно описать временную эволюцию решения. Численные эксперименты с моделью показали, что основным механизмом внутриволновой динамики для выбранного объекта является нелинейное трехволновое взаимодействие, в результате которого из входящей волны и длинной волны, связанной с особенностью форсинга, формируется третья, наиболее долгоживущая волна, в которую происходит переток энергии из первых двух волн. Эти волны при этом быстро затухают. Результирующая волна стационируется, а ее затухание начинается позже. В эксперименте с большей толщиной пикноклина характер эволюции сохраняется, но уровень потенциальной энергии выше, а длинная волна затухает быстрее. Показано, что изменение баланса диффузионного и адвективного членов уравнения модели, определяющего нелинейное взаимодействие волн, влияют на скорость затухания и время жизни волн разной длины.