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自1990年贝纳德(H.Benard)首次在试验中观察到两平行导热板之间的流体由于温度梯度和引力场的共同作用,通过自组织形成空间有序斑图开始,斑图花纹的形成便一直是研究的热点。用微分方程描述的简单反应扩散系统中局部动力学过程和扩散传输相互作用,使得远离平衡态的系统表现出各种斑图结构。在诸多非线性系统的斑图花纹研究中,螺旋波斑图是非线性科学家关注的课题之一。这不仅和螺旋波自组织中心的特殊性有关,而且在于螺旋波动力学规律的研究和掌握有很大的潜在应用价值。螺旋波之间相互作用规律的探讨在有助于了解生物体的各种现象的同时,也对螺旋波混沌的控制有至关重要的作用。这也是本文的中心内容。
第一章是引言部分,主要介绍可激发系统。先通过一个简单的具有一个稳定定态和一个亚稳态的双稳系统来具体说明什么是可激发系统,可激系统中螺旋波出现的条件。第二部分则主要给出巴克利(D.Barkley)的螺旋波漫游理论工作。
第二章开始讲述螺旋波之间的相互作用。对振荡系统和可激系统中螺旋波作用研究分别给与介绍。对振荡系统,主要考虑的是有解析螺旋波解的复金兹伯格一朗道方程(Complex Ginzberg-Landau Equation)。从均匀振荡系统中螺旋波相互作用时形成螺旋波冻结态,螺旋波冻结态下冲击线的精细结构和系统中各种不均匀性对螺旋波相互作用动力学的影响等三个方面对前人螺旋波相互作用研究工作做介绍。对可激系统,首先介绍研究可激螺旋波的理论方法,相互作用时的螺旋波束缚态,不均匀性对可激螺旋波相互作用的影响。然后给出的是从数值上对螺旋波动力学行为分别是严格旋转和发生漫游时螺旋波相互作用的全局结构。发现严格旋转的两个螺旋波相互作用时形成的斑图中冲击线是基本不动的,和振荡系统中螺旋波的冻结态斑图冲击线动力学结果一样,并且也证实了在这种情况下,关于振荡系统中的理论工具也是适用的;但是,对漫游的两个螺旋波,其相互作用形成的斑图冲击线不再是静止的,而是会随时间摆动,摆动的周期就等于螺旋波波头运动一周的时间,摆动的幅度会随着螺旋波漫游程度的增大而增加。另外,定义了两个参量,能从本质上很好地区分这两种现象。在螺旋波有大的漫游时,螺旋波波头的多普勒效应明显,这时阿基米德螺旋线近似不再适用,从而在这种情况下振荡系统中得到的理论拟合不再有效。还介绍了多臂螺旋波的形成。
文章的最后给出了简略的小结。