面向重力波破浪的几何与运动学指标

重力波破浪的破浪过程可分为两个 distinct 阶段。破浪起始（breaking onset）定义为破浪首次可见表面表现，而在此之前为破浪起始（breaking inception），其特征为裹浪内不可逆过程的启动，必然导致破浪。近期提出的破浪起始诊断器基于裹浪局部能量、运动学和几何性质，似乎提供了通用的参数阈值估计，并可能有助于参数化破浪对更大尺度过程的影响。在最近的数值研究 [McAllister 等, J. Fluid Mech. 974, A14 (2023)] 中，提出了一种基于最大局部界面角 $\Theta_{max}$ 阈值的破浪起始诊断器。我们将这些发现扩展到包括表面张力效应的情形，而表面张力是海洋表面波不可避免的特征，已知其对波几何具有显著影响。我们进行一系列包含表面张力的数值破浪波包模拟，结果表明 $\Theta_{th}=60^{\circ}$ 是重力波在不同波包尺寸、水深和风速驱动下的稳健阈值。该值是无表面张力情形下阈值的两倍。我们将此结果置于运动学破浪参数 $B$ [Barthelemy 等, J. Fluid Mech. 841, 463 (2018)] 的语境中，表明运动学方法与几何方法实际上是等价的，并包含导致波破浪的底层物理过程的同一方面。