Dynamics of Surface Waves in Coastal Waters pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Huang, Hu

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:

价格:$ 242.95

装帧:

isbn号码:9783540888307

丛书系列:

图书标签:

• Surface waves
• Coastal waters
• Wave dynamics
• Oceanography
• Coastal engineering
• Hydrodynamics
• Wave propagation
• Water waves
• Marine science
• Numerical modeling

好的，这是一份关于一本名为《Dynamics of Surface Waves in Coastal Waters》的图书的详细简介，但此简介内容完全不涉及该书的任何具体内容，而是围绕一个虚构的、与之主题相关的、但在内容上完全不同的另一本著作展开。 --- 《海洋深水波浪理论：从线性到非线性动力学》 图书简介 本书《海洋深水波浪理论：从线性到非线性动力学》旨在为研究人员、工程师以及高级学生提供一个全面且深入的框架，用以理解和预测广阔开阔水域（即深水区域，通常水深大于波长的二十分之一）中流体运动的物理过程。本书的焦点集中于在无底部摩擦和水深影响可忽略的条件下，水面波浪的生成、传播、演化及相互作用机制。 第一部分：基础理论与线性波模型 本部分首先回顾了流体力学的基础方程，特别是针对水体运动的纳维斯特-斯托克斯（Navier-Stokes）方程在水动力学中的简化形式。我们重点讨论了势流理论在描述无粘性、不可压缩流体中波浪运动的适用性。 流体动力学基础： 详细阐述了伯努利方程（Bernoulli’s Equation）在水动力学中的应用，以及如何通过速度势函数（Velocity Potential）来描述二维和三维流场。 线性化假设与边界条件： 严格分析了实现线性波动方程的关键假设，即波幅远小于水深和波长。本部分详尽推导了固定的底部边界条件、自由水面上的运动学边界条件和动力学边界条件，并给出了将这些条件线性化后的标准形式。 傅里叶分析与谱方法： 引入傅里叶分析工具，展示如何通过叠加无限多个正弦波来构造任意复杂的波形。深入探讨了波浪能谱（Energy Spectrum）的概念，特别是皮尔逊-莫斯科维茨（Pierson-Moskowitz, P-M）谱在描述风生波浪中的应用，以及如何利用谱方法预测特定海况下的均方根波高（RMS Wave Height）。 色散关系与群速： 建立了深水条件下色散关系 ($omega^2 = gk$) 的解析解，并清晰区分了相速度（Phase Velocity）和群速度（Group Velocity）。通过对群速度的讨论，解释了能量如何在波场中传输的物理机制。 第二部分：风能输入与波浪演化 本部分将焦点从纯粹的数学描述转向物理过程的驱动力——风场。我们探讨了风能如何被有效地耦合到水体表面，并驱动波浪的增长。 风浪相互作用机制： 详细分析了菲利普斯（Phillips）的限制性增长理论和杰森（JONSWAP）的能量传输机制。我们探讨了切应力、压力波动与波浪增长之间的复杂关系，并引入了动量交换模型来量化风能的输入效率。 波浪的耗散与衰减： 与增长过程相对，本部分研究了波浪在传播过程中因内部摩擦、湍流和破碎而损失能量的机制。讨论了不同尺度波浪的自然衰减率，并分析了长期传播中波组（Wave Packet）的能量衰减规律。 色散性传播与波群效应： 阐述了如何利用线性模型来预测一个初始激发的波群在开阔水域中如何随着时间和距离的增加而分离、展宽和演化，精确计算不同波龄（Wave Age）波浪的结构变化。 第三部分：非线性动力学与高阶效应 当波浪振幅增大，线性假设失效时，非线性效应开始占据主导地位。本部分是本书的核心，深入探讨了更高阶的波浪行为，这些行为是准确模拟极端海况和长程传播所必需的。 非线性近似方法： 介绍了开尔文（Kelvin）波的精确解，以及斯托克斯（Stokes）二阶波的解析解。重点分析了斯托克斯波中存在的“波峰尖锐化”现象（Steepening）和“峰值不对称性”（Crest Asymmetry）。 高阶傅里叶级数与调制： 探讨了如何使用高阶傅里叶级数来逼近更陡峭的非线性波形。引入了戴维斯-墨雷（Davies-Murray）的调制理论，用以描述波峰和波谷之间的压力差异如何驱动波形演变。 非线性色散与亚谐波共振： 这是理解随机波场中能量再分配的关键。本书详细推导了非线性色散关系，解释了三波相互作用（Three-Wave Interaction）的原理，特别是“下转换”（Down-Shifting）现象，即能量如何从主导的峰值频率向较低频率的次谐波转移。 非线性演化方程： 引入了非线性薛定谔方程（Nonlinear Schrödinger Equation, NLSE）及其广义形式（Gross-Pitaevskii Equation）在描述长波包（Envelope Solitons）中的应用。通过这些方程，本书展示了如何模拟孤波（Solitons）的产生、传播和相互碰撞，以及这些孤波在深水波场中的稳定性。 第四部分：随机波场与统计描述 鉴于实际海洋波浪是随机且非平稳的，本书最后一部分侧重于描述和预测随机过程的统计特征。 高斯假设与瑞利分布： 重新审视线性波场的叠加特性，证明了在足够远的距离上，随机波浪的幅值近似服从高斯分布（Gaussian Distribution），进而推导出波高（Wave Crest-to-Trough Height）服从瑞利分布（Rayleigh Distribution）。 极值理论（Extreme Value Theory）： 介绍了用于预测特定时间尺度内最大波高的统计模型，包括福尔斯-蒂金（Forristall-Tijdeman）模型和珀伦-泰尔（Porell-Tayler）模型，用于评估结构设计中的极端载荷。 谱演化模型（Spectral Evolution Models）： 最后，本书介绍了用于数值模拟大范围海域波场演化的波浪谱演化方程（Wave Action Density Equation），即波浪输运方程，并讨论了参数化方案（如WAVEWATCH III的背景理论）在计算中的应用，这些方程整合了风输入、耗散、非线性相互作用和波群输运等所有关键项。 通过严谨的数学推导和对物理机制的深入剖析，本书为读者提供了一套完整的工具箱，用以理解和模拟在不受陆地、海底影响的广阔深海环境中，驱动复杂水面波动的根本动力学原理。本书适用于海洋工程、气象学、地球物理学及相关领域的高级研究生和专业科研人员。

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