增长Stokes波上湍流剪切流引起的波动

本文针对吹过低至中等陡度非稳态Stokes水波的大气湍流剪切流，对Sajjadi、Hunt和Drullion (2014) (SHD14) 提出的多层解析方法进行了数值求解。结果表明，随着波进一步变陡，内层超过了临界层，并且在猫眼下方存在强烈的反向流动，这将影响表面阻力，但在表面处流动会自行调整以适应波的轨道速度。我们证明，在 c_r=U_* 非常小（即慢速移动波）的极限下，此处使用涡粘模型计算出的波的能量传递率 \beta 与Belcher和Hunt (1993) 的渐近稳态分析以及Townsend (1980) 的早期模型相一致。对于波传播更快且显著增长情况的计算表明，对于较陡的波，在内部表面剪切层之外形成了一个临界剪切层。我们表明，临界层产生了显著但非主导的影响；临界层中的惯性动力学形成了一股微弱的背风侧射流，这增加了由遮蔽效应产生的阻力。在峰形波上方，背风侧的内层流动趋于减速和分离，这在增长的快波上方使流线和临界层在背风侧向上偏转。因此，基于早期研究SHD14，本文提出，与单色波的增长率相比，此处识别出的波动诱导机制在波处于非线性时有助于风驱水波产生更大的净增长。这是因为在非线性波中，各次谐波具有更强的正增长率和更弱的负增长率。