垂直上升气旋现象中非线性波危害的消减方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种垂直上升气旋现象中非线性波危害的消减方法及装置，包括基于垂直上升气旋参数，构建AB系统模型方程，并获取AB系统模型方程的一阶呼吸子解表达式与二阶呼吸子解表达式；分析一阶呼吸子解表达式，利用一阶呼吸子解中各组分之间的群速度，生成态转换解析条件；使一阶呼吸子解与二阶呼吸子解满足态转换解析条件，分别构建非线性转换波与非线性复合体；通过对AB系统模型方程的设定初始解增加周期扰动，得到给定扰动频率和初始解中初始频率的关系；基于所述关系与态转换解析条件，对非线性转换波和/或非线性复合体进行抵消或激发，以消减非线性波危害。本发明专利技术有效地抵消或减弱部分非线性波，从而减少可能产生的破坏。破坏。破坏。

【技术实现步骤摘要】
垂直上升气旋现象中非线性波危害的消减方法及装置


[0001]本专利技术属于非线性数学物理领域，尤其涉及一种垂直上升气旋现象中非线性波危害的消减方法及装置。

技术介绍

[0002]物理学中的系统大致可分为两种，即线性系统和非线性系统。线性系统可以理解为满足叠加原理的系统，而大多数的线性系统都是对问题进行简化近似的结果。对于真实的现实世界来讲，要想精确描述一个物理过程，只有非线性系统才可以做到。作为非线性物理中的重要一环，非线性波的研究起始于1834年，英国科学家罗素(Russel)在一条运河的旁边第一次观察并记录下了由一艘船掀起的孤立水波，作为一个科学家，罗素敏锐的意识到这不是普通的正弦或余弦波。但可惜的是，罗素的相关研究成果在当时并没有受到科学界的广泛关注，又由于非线性系统的复杂性，包括罗素在内的相关学者很长一段时间没有找到可以处理此类系统的有效方法，特别是这种非线性孤立波的稳定性以及碰撞是否具有形变等问题直到罗素去世也一直没有得到解决，这使得非线性波的发展长期停滞不前。时间来到20世纪60年代，有学者研究出了一些非线性可积方程的有效解法，并推导出了描述浅水波的KdV方程。人们惊奇的发现，在KdV方程中，居然存在着100多年前罗素记载的孤立波解，从这以后，关于非线性波物理的研究蜂拥而至，而随着现代科学发展至今，非线性波已然在我们的生活的各个方面发挥着不可忽视的作用，包括海洋学、光学、等离子物理学，甚至生物学领域都有其应用。
[0003]在天气预测，气候研究的过程中，作为流体力学的分支之一的大气动力学发挥着重要作用。对于大自然中存在着的大尺度气旋现象，科学家们一直找不到合适的理论来解释，Bjerknes等人曾试图用流体力学和热力学定律来研究此类现象，但并未取得满意的成果。在各类大尺度气旋现象里，破坏力最大的当属垂直上升的气旋，它不仅会带来连续的暴雨天气，甚至还可能引发台风，例如夏季我国沿海地带就经常遭受台风的侵袭，给农作物带来不可预料的破坏，甚至威胁人们的生命。
[0004]为探究此类现象形成的原因，Charney引入“准地转模式”，并借此对流体力学和热力学方程进行了简化，同时还在此基础上建立了“斜压不稳定理论”(斜压是指大气中等密度面和等压面不一致的情况)，从而对大尺度气旋给出了合理的解释。
[0005]在流体力学中一些非线性波会有着非常大的破坏力，例如海洋中的怪波，对海上航行的船只和建筑结构等会造成不可预知的损害，因此，非线性波研究一直是船舶建造，海洋灾害，流体力学中的重要研究课题。而现有的文献对于转换波机制并未做出合理的理论解释，导致无法对非线性波进行有效地消减。

技术实现思路

[0006]为补充现有理论的缺口，本专利技术公开了一种垂直上升气旋现象中非线性波危害的消减方法及装置，利用达布变换的方法求解了AB系统中的呼吸子解；将静态转换波分解为
一个孤子元和一个周期波元，通过群速度的分析，解析地得到态转换条件；利用态转换条件，构建了非线性波。
[0007]本专利技术的
技术实现思路
包括：
[0008]一种垂直上升气旋现象中非线性波危害的消减方法，其步骤包括：
[0009]1)基于垂直上升气旋参数，构建AB系统模型方程，并获取AB系统模型方程的一阶呼吸子解表达式与二阶呼吸子解表达式；
[0010]2)分析一阶呼吸子解表达式，利用一阶呼吸子解中各组分之间的群速度，生成态转换解析条件；
[0011]3)使一阶呼吸子解与二阶呼吸子解满足态转换解析条件，分别构建非线性转换波与非线性复合体；
[0012]4)通过对AB系统模型方程的设定初始解增加周期扰动，得到给定扰动频率和初始解中初始频率的关系；
[0013]5)基于所述关系与态转换解析条件，对非线性转换波和/或非线性复合体进行抵消或激发，以消减非线性波危害。
[0014]进一步地，通过以下步骤获取一阶呼吸子解表达式：
[0015]1)构造达布变化矩阵T＝Iλ+T1，其中I为单位矩阵，λ为谱参数，T1为3
×
3的矩阵；
[0016]2)利用非线性微分方程组的Lax对，对AB系统模型方程进行线性表示；
[0017]3)使用达布变化矩阵T对线性表示后的Lax对进行一阶达布变化，并通过矩阵T1内元素的设定，得到AB系统模型方程的一阶解表达式；
[0018]4)利用一阶解表达式，获取行波解，并将所述行波解作为AB系统模型方程的种子解，计算得到Lax对一阶解；
[0019]5)基于Lax对一阶解，得到一阶呼吸子解表达式。
[0020]进一步地，通过以下步骤获取二阶呼吸子解表达式：
[0021]1)对线性表示后的Lax对进行二阶达布变换；
[0022]2)利用一阶呼吸子解表达式作为AB系统模型方程的种子解，获取Lax对二阶解；
[0023]3)基于Lax对二阶解，得到二阶呼吸子解表达式。
[0024]进一步地，一阶呼吸子解中的组分包括：孤立波组分和周期波组分。
[0025]进一步地，通过以下步骤生成态转换解析条件：
[0026]1)分别获取孤立波组分与周期波组分的第一群速度与第二群速度；
[0027]2)使第一群速度与第二群速度的速度差为零，得到态转换解析条件。
[0028]进一步地，非线性转换波包括：反暗孤子和/或周期波。
[0029]进一步地，非线性复合体包括：反暗
‑
周期非线性波复合体、M形
‑
反暗非线性波复合体和/或两个M形孤子形成的非线性波复合体。
[0030]进一步地，所述关系其中k、d1及d2分为第一实常数、第二实常数及第三实常数，i为虚数单位，Λ为给定扰动频率，ω为初始频率。
[0031]一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行以上所述方法。
[0032]一种电子装置，包括存储器和处理器，其中存储器存储执行以上所述方法的程序。
[0033]本专利技术的有益效果在于：可以通过调整流体中的扰动频率，来抵消或者激发某类非线性波，以此来抵消或减弱一些非线性波可能产生的破坏。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的方法流程图。
[0035]图2为本专利技术中求解的5元AB系统的呼吸子解。
[0036]图3为本专利技术中由呼吸子转换的反暗孤子与周期波。
[0037]图4A为反暗
‑
周期非线性波复合体。
[0038]图4B为M形
‑
反暗非线性波复合体。
[0039]图4C为两个M形孤子形成的非线性波复合体。
[0040]图5为本专利技术调制不稳定性区域图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术的上述方案和有益效果更明显易懂，下文通过实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0042]本专利技术的垂直上升气旋现象的成因分析方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0043]一、构建A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直上升气旋现象中非线性波危害的消减方法，其步骤包括：1)基于垂直上升气旋参数，构建AB系统模型方程，并获取AB系统模型方程的一阶呼吸子解表达式与二阶呼吸子解表达式；2)分析一阶呼吸子解表达式，利用一阶呼吸子解中各组分之间的群速度，生成态转换解析条件；3)使一阶呼吸子解与二阶呼吸子解满足态转换解析条件，分别构建非线性转换波与非线性复合体；4)通过对AB系统模型方程的设定初始解增加周期扰动，得到给定扰动频率和初始解中初始频率的关系；5)基于所述关系与态转换解析条件，对非线性转换波和/或非线性复合体进行抵消或激发，以消减非线性波危害。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下步骤获取一阶呼吸子解表达式：1)构造达布变化矩阵T＝Iλ+T1，其中I为单位矩阵，λ为谱参数，T1为3
×
3的矩阵；2)利用非线性微分方程组的Lax对，对AB系统模型方程进行线性表示；3)使用达布变化矩阵T对线性表示后的Lax对进行一阶达布变化，并通过矩阵T1内元素的设定，得到AB系统模型方程的一阶解表达式；4)利用一阶解表达式，获取行波解，并将所述行波解作为AB系统模型方程的种子解，计算得到Lax对一阶解；5)基于Lax对一阶解，得到一阶呼吸子解表达式。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下步骤获取二阶呼吸子解表达式：1)对线性表示后的Lax对进行二阶达布变...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛仕明，张汉松，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：