「マトリックスタイド」など複雑な波の数理モデルを構築(We now have the math to describe ‘matrix tides’ and other complex wave patterns)

2025-08-12 バッファロー大学 (UB)

ニューヨーク州立大学バッファロー校とコロラド大学ボルダー校の数学者らは、中国・銭塘江で観測された「マトリックスタイド(格子状潮波)」のような、二方向に伝わる複雑な波(弱い二次元のうねり型ボア/分散性衝撃波)を数値的に解くことに成功した。従来の理論は一方向の波しか記述できなかったが、スーパーコンピュータとGPUを用いた高性能計算により、二次元波動方程式の解を得て現象の発生メカニズムを説明。特に、二つのうねり型ボアが異なる方向から進行し衝突することで格子状パターンが生じる様子を再現した。1回の計算はノートPCなら22時間かかるがGPUでは約1時間に短縮。今後は水槽実験などで予測を検証する予定。本成果はPhysical Review Lettersに掲載された。

Animated gif of wave formation.
The research team’s simulation of two-dimensial wave patterns colliding, which looked similar to the “matrix tide” effect seen last year on the Qiantang River. Credit: Gino Biondini/University at Buffalo

<関連情報>

2次元分散衝撃波の機械的反射と拡大 Mach Reflection and Expansion of Two-Dimensional Dispersive Shock Waves

Gino Biondini, Alexander Bivolcic, and Mark A. Hoefer
Physical Review Letters  Published 5 August, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/cdvf-xnfw

Abstract

The oblique collisions and dynamical interference patterns of two-dimensional dispersive shock waves are studied numerically and analytically via the temporal dynamics induced by wedge-shaped initial conditions for the Kadomtsev-Petviashvili II equation. Various asymptotic wave patterns are identified, classified, and characterized in terms of the incidence angle and the amplitude of the initial step, which can give rise to either subcritical or supercritical configurations, including the generalization to dispersive shock waves of the Mach reflection and expansion of viscous shocks and line solitons. An eightfold amplification of the amplitude of an obliquely incident flow upon a wall at the critical angle is demonstrated. Applications of the results include bore interactions in geophysical fluid dynamics.

1702地球物理及び地球化学
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