水平剪切层中内部波的不稳定性与破裂

研究沿着剪切方向垂直于重力方向传播的内部波行为。我们采用射线追迹理论预测不稳定发生位置的波状态特性。发现局部波能量增长源于两种 distinct 机制：由于剪切导致波峰值增大，或由于波对背景流的输运导致流向速度扰动增大。基于初始条件，我们构建无量纲扰动能量比 $F$ 来预测这两种机制在促成波破裂中所占的相对重要性。当 $F$ 较小且波在局部变得尖锐时，扰动动能与势能大致保持等分，随后由于剪切与对流的组合，预计将发生不稳定。另一方面，随着 $F$ 增大，动能占主导，波对动量的输运可能导致破裂 increasingly 由增强的垂向剪切所驱动。为测试这些预测，我们进行了一系列完全非线性的数值模拟，涵盖了各种波破裂动力学。尽管存在显著偏离基本假设的情况，理论仍与之获得良好的定性一致。波破裂导致显著的湍流耗能，某些情况下甚至远超初始波能。动量和能量在波、背景流与湍流之间的传递对破裂动力学以及混合特性具有高度敏感性。