空间飞行器近尾区内场的塌缩和密度空洞的形成

利用数值模拟计算的方法，研究了运行飞行器与周围等离子体，在近尾区内非稳态非线性相互作用问题，得到了场和密度扰动的分布。结果显示，由于场的塌缩效应，在飞行器的近尾区，形成了可以被探测到的密度空洞和电磁孤波，通过对这种密度空洞和电磁孤波的探测，可以跟踪探测具有陷身特性的飞行器的轨迹。     

离子非线性极化漂移对动力学Alfvén孤波特性的影响

考虑离子极化漂移中非线性项对动力学Alfven孤波特性的影响，采用双流体模型研究磁化等离子体中低频动力学Alfven稀疏型孤波的特性，所得的结果表明，两种类型的动力学Alfven稀疏型孤波在磁层中大范围内均存在（参数β约为10^-6,0,1,β为等离子体的热压之磁压之比，即β＝20μ0nT/B0^2)，它们或以超Alfven速或以亚Alfven速传播。同时发现在β值较小（10^-6-10^-4)时，离子极化漂移非线性项对动力学Alfven孤波特性有较大的影响，不可忽略，而在较大值时（β－0．1），此修正作用不大，由于动力学Alfven孤波允许平行电场存在，故它对等离子体中带电粒子的加速和能化起重要作用。同时也对离子的横向加速有一定的作用，它使一种新的能量转换机制成为可能。     

中高层大气行星波与惯性重力内波的非线性相互作用

在弱非线性理论基础上,将三维大气中行星波和惯性重力波从原始非弹性近似方程中分离出来,讨论了典型的2天行星波与惯性重力内波的非线性相互作用过程.从共振曲面和参量不稳定增长率来看,行星波倾向于与空间尺度较大的惯性重力波发生相互作用.利用潮汐波的等价重力波假设,讨论了2天行星波与半日潮及9.6h惯性重力波的相互作用,三波相互作用时能量守恒.非线性相互作用使2天波和潮汐波的波幅受到长期调制.      

损耗大气中惯性重力波的非线性相互作用方程及其初步讨论

根据弱相互作用理论,本文建立了损耗大气中极性重力波的非线性相互作用方程。这组方程在三个方面推广了前人的工作:考虑了波的空间传播;包含了粘滞产生的衰减;波谱可以是连续的。粘滞衰减率的大小与波的空间尺度以及传播方向有关。Coriolis力的引入使相互作用系数成为复量。根据这组方程,考察了惯性重力波的参量激发。结果表明:在共振条件满足时,主波存在一个阈值,阈值大小与次级波的损耗率成正比。当主波振幅大于这个阈值时,次级波将指数增长。在相互作用过程中,次级波的频率将发生变化,变化的大小与主波能量成正比。      

损耗大气中随机重力波场的传输方程

从包含分子粘性的非线性相互作用方程出发, 采用随机相位近似, 推导了损耗大气中重力波场的非线性传输方程。由于分子损耗的引入, 谱演变的速率发生了改变, 在某些情况下, 还会得到与无耗条件下的传输规律相反的结论。损耗大气中重力波场的传输方程是研究中高层大气重力波能量收支平衡的出发点。      

太阳风中低频离子静电孤波

本文给出在太阳风超声速流动条件下,离子静电孤波的传播特性,结果与Helios1,2卫星观测的静电离子噪声做了比较。离子声波扰动的非线性发展使太阳风等离子体呈规则的小尺度起伏,离子声波在马赫锥外传播,因此理论预言密度起伏不沿着太阳风速度方向,而是在横向方向.      

重力波波包相互作用时空演变的数值研究

本文设计了一种研究二维空间中重力波波包共振相互作用演变的数值模式.利用此模式获得二个大振幅重力波波包通过碰撞而发生的完整的相互作用过程.数值结果表明,能量上行重力波可以通过波-波相互作用激发能量下行重力波;在相互作用的时空演变过程中,3个波包的能量收支情况和相互作用的强度具有局地性;由于考虑了空间传播效应,相互作用过程不再具有周期性,而是出现一个具有不同物理含义的相互作用特征时间,这个新的相互作用特征时间和相互作用最终的发展程度不仅由相互作用系数和初始波包振幅决定,还受到波包空间尺度和波包群速度的相对大小控制.      

重力波非线性传播过程中的饱和与破碎

采用水平方向的显式算法与垂直方向的隐式算法相结合的时间分裂法,建立了二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式.用本模式对小振幅重力波传播过程的模拟结果与线性重力波理论预测的结果吻合很好,从而验证了本模式的正确性.我们用此模式模拟了有限振幅重力波在非线性传播过程中的饱和与破碎,结果表明,(1)翻转出现在饱和之前,但向破碎演化仍需要一段时间,由于非线性波-波和波-流相互作用使得非线性数值模拟的饱和高度(出现时间)高(早)于线性饱和理论预测的结果;(2)重力波在不稳定之前已经有能量向背景场中转移,破碎直接导致非线性波-波相互作用,造成能量向小尺度短波上转移;(3)背景风场的加速方向,形成射流的方向与重力波的水平传播方向一致,表明重力波与背景流的非线性相互作用加剧了背景风剪切和不稳定性的发展.      

束流等离子体系统的离子声孤波

考虑热束流等离子体无碰撞地通过背景等离子体时, 由等离子体系统的流体方程组出发用递减扰动法推导了描写离子声孤波的Kortewegde-Vries方程.在弱束流的条件下, 四种离子声波模式中有两种分别对应慢孤波和快孤波.计算了两种孤波振幅对等离子体参量的依赖关系, 在某些参量配合下有可能得到大振幅的正孤波和负孤波.      

摩擦力作用下电液伺服系统非线性动力学行为

以电液伺服系统为研究对象,重点探究了非线性摩擦力对系统动态特征的影响规律.根据非线性动力学原理,建立了电液伺服系统的非线性动力学模型.通过理论研究,指出非线性摩擦力作用可以用Van Der Pol方程描述.通过数值试验分析,揭示了系统内在的分岔现象及典型非线性动力学行为.用非线性动力学研究方法对实测的电液伺服系统的动态数据进行了深入分析,揭示了摩擦力引起的“极限环型振荡”现象.发现摩擦力的非线性作用会引起电液伺服系统在工作过程中发生非线性振动,其对系统动态特征的影响不容忽视,在系统建模与动态特性研究时应该将摩擦力的非线性作用考虑在内.      

基于四元数理论的彩色图像脉冲噪声开关滤波

根据四元数单位变换理论定义了一种新的描述彩色图像像素点间差异的距离,该距离可以同时描述两个彩色像素点在强度和色度上的差异.利用该距离和图像边缘的结构性与方向性,构造了一种基于四元数的开关型彩色图像脉冲噪声滤波器.该滤波器对像素点进行4个方向上的噪声检测并仅对检测为噪声的像素点进行滤波.实验表明:该滤波器能够在去除彩色图像中的相关和非相关噪声的同时保护图像细节,同时具有比传统方法更快的执行速度.     

两车道交通流的波动分析

对一个由快慢两条车道组成的交通流系统,将基于速度梯度的动力方程应用到每条车道上,得到一种新的交通流动力学模型,可以用来揭示车流的小扰失稳和走走停停等非平衡特性.研究了该模型的波动特性,包括冲击波、稀疏波和一阶波传播,数值计算结果表明该模型能够较好地处理冲击波和稀疏波现象,也能够正确地再现走走停停的交通现象.此研究有助于进一步理解多车道的驾车行为和多车道交通流的非线性动力学特性,从而可以提高交通管理与控制水平.     

Solitary and periodic waves in magneto–rotating plasmas: Effect of the Kappa–Cairns distributed electrons

The nonlinear propagation of ion–acoustic (IA) waves in a magneto–rotating plasma is studied by considering the Kappa-Cairns electron distribution. Employing the perturbation scheme, Korteweg–de Vries equation is derived. It is seen that both positive and negative potential solitons can be supported in the present plasma model. The numerical results reveal that the Kappa-Cairns distributed electrons modify features of the electrostatic waves significantly. The effects of non–thermal parameters, plasma rotation frequency, ion temperature, and the wave propagation angle on electrostatic solitary wave structures are also discussed here. It is found that the plasma parameters considerably influence the propagation of IA waves in rotating plasmas. Furthermore, using the bifurcation theory of planar dynamical systems to the K-dV equation, we have presented the existence of solitary and periodic traveling waves. Our study may be helpful to understand the behavior of ion–acoustic wave in the rotating plasma.     

Solitary,explosive and periodic solutions for electron acoustic solitary waves with non-thermal hot ions

A theoretical investigation has been made for electron acoustic waves propagating in a system of unmagnetized collisionless plasma consists of a cold electron fluid and ions with two different temperatures in which the hot ions obey the non-thermal distribution. The reductive perturbation method has been employed to derive the Korteweg–de Vries equation for small but finite amplitude electrostatic waves. It is found that the presence of the energetic population of non-thermal hot ions δ, initial normalized equilibrium density of low temperature ions μ and the ratio of temperatures of low temperature ions to high temperature ions β do not only significantly modify the basic properties of solitary structure, but also change the polarity of the solitary profiles. At the critical hot ions density, the KdV equation is not appropriate for describing the system. Hence, a new set of stretched coordinates is considered to derive the modified KdV equation. In the vicinity of the critical hot ions density, neither KdV nor modified KdV equation is appropriate for describing the electron acoustic waves. Therefore, a further modified KdV equation is derived. An algebraic method with computerized symbolic computation, which greatly exceeds the applicability of the existing tanh, extended tanh methods in obtaining a series of exact solutions of the various KdV-type equations, is used here. Numerical studies have been reveals different solutions e.g., bell-shaped solitary pulses, singular solitary “blowup” solutions, Jacobi elliptic doubly periodic wave, Weierstrass elliptic doubly periodic type solutions, in addition to explosive pulses. The results of the present investigation may be applicable to some plasma environments, such as Earth’s magnetotail region.     

二维静电孤立波的粒子模拟研究

利用二维粒子模拟程序研究了双流不稳定性激发静电波并演化为静电孤立波的物理过程.计算结果表明,在线性增长阶段,主要激发的是沿磁场传播的静电波;在非线性演化阶段,相邻的静电波会互相合并,直至形成静电孤立波,并可激发静电哨声波.还研究了磁场强度和离子温度对此过程的影响.当磁场强度比较小时,无法形成静电孤立波,只有磁场强度达到一定程度后静电孤立波才能形成;同时,离子温度会影响静电孤立波的稳定性,当离子温度比较小时,静电孤立波的稳定性减弱,在演化一段时间后会逐渐瓦解.