The long view of triadic resonance instability in finite-width internal gravity wave beams
The long view of triadic resonance instability in finite-width internal gravity wave beams
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有限宽度内重力波束三元共振不稳定性的远景
DOI：
10.1017/jfm.2022.914
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发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Grayson K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Grayson K
本文介绍了我们对有限宽内部重力波束如何被三元共振不稳定性修正的探索。我们提出了实验和弱非线性模型来检验这种不稳定性机制，其中一次波束产生两个低频和较短长度尺度的二次波束。通过一个多功能的实验装置，我们研究了这种不稳定性在数百个浮力周期内是如何演变的。与以往零维弱非线性理论的预测不同，我们发现波不是单调地接近三元相互作用的饱和平衡；相反，组成光束的振幅和结构继续调制，但从未达到稳定的平衡。为了理解这种行为，我们开发了一种弱非线性方法来解释光束的振幅和结构在慢时间尺度和长距离上的时空演变，并使用数值方案来解决所得方程的后果。通过这种方法，我们确定了不稳定性的演变对系统的时空三元配置非常敏感，以及观测到的部分调制如何归因于二次波光束的线性增长率和潜在主光束中三元扰动的有限停留时间之间的竞争。
This article presents our exploration into how a finite-width internal gravity wave beam is modified by triadic resonance instability. We present both experimental and weakly nonlinear modelling to examine this instability mechanism, in which a primary wave beam generates two secondary wave beams of lower frequencies and shorter length scales. Through a versatile experimental set-up, we examine how this instability evolves over hundreds of buoyancy periods. Unlike predictions from previous zero-dimensional weakly nonlinear theory, we find that the wave does not monotonically approach a saturated equilibrium of triadic interactions; rather, the amplitudes and structures of the constituent beams continue to modulate without ever reaching a steady equilibrium. To understand this behaviour, we develop a weakly nonlinear approach to account for the spatiotemporal evolution of the amplitudes and structures of the beams over slow time scales and long distances, and explore the consequences using a numerical scheme to solve the resulting equations. Through this approach, we establish that the evolution of the instability is remarkably sensitive to the spatiotemporal triadic configuration for the system and how part of the observed modulations can be attributed to a competition between the linear growth rate of the secondary wave beams and the finite residence time of the triadic perturbations within the underlying primary beam.
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