地球空间环境与大地测量教育部重点实验室

重力波相互作用及其在形成波谱中作用的数值模拟

重力波之间的相互作用和能量交换是中高层大气波动研究的关键问题之一。尽管近年来我们在重力波的非线性共振和非共振相互作用机理研究方面取得了一系列有价值的进展,但是对重力波之间相互作用过程中的能量交换效率的理解尚不深入。我们利用自主建立的全非线性数值模式,模拟展示了重力波和共振相互作用的完整过程。在相互作用的过程中,生成波的波长与频率都与和共振相互作用的理论预言非常一致,并且生成波的能量主要来自主波。在相互作用过程中会伴随着强烈的能量交换,这说明重力波之间的非线性相互作用在大气波谱结构中起着关键作用。在比较共振和非共振相互作用过程中,我们引入了“失配度”参数概念,该参数可以很好地表征在相互作用过程中重力波的能量交换效率。这部分研究内容已发表在国际刊物《GRL》上。

重力波波包在非线性相互作用中的传播与演化

利用数值方法,系统研究了重力波的和及差相互作用,揭示了非线性相互作用在形成重力波波谱中的作用。数值结果显示,重力波的共振激发是可逆的,这与共振匹配条件的严格限制正好一致,然而,非共振激发是不可逆的。在非线性相互作用中,波能量易于在两个高频波间交换,而从大垂直尺度向小垂直尺度窜级传输效率很低,因此,非线性相互作用能有效地扩展重力波的高频谱。在非线性相互作用中波能量的传输特征,明显不同于强烈的湍流窜级传输。这表明重力波的非线性窜级传输直至耗散可能不是重力波的一种非常重要的耗散方式,应该注意到,重力波的这种窜级传输与耗散被认为是重力波的一种主要耗散方式之一,是国际上广泛应用的重力波谱扩展参数化格式的理论基础。在相互作用中,由于两个高频波间能发生强烈能量交换,因此,这种非线性效应能有效扩展波谱。这项研究发表在国际期刊《AG》上。


重力波的和与差相互作用


上一篇:没有了

下一篇:非相干散射雷达观测研究