60
N. Makarenko et al.
and the dimensionless version of the integral relation (9) takes the form
í µí¼
∫
−í µí¼
e
−í µí¼ 1 í µí¼
{ í µí¼F
2
1
2
(
í µí¼
2
y − í µí¼
2
x + 1
)
+
1 + í µí¼
í µí¼
(
í µí¼ − y −
e
í µí¼ 1 í µí¼
− 1
í µí¼ 1
)}
dy +
(14)
+
í µí¼∕r
∫
í µí¼
e
−í µí¼ 2 í µí¼
{ í µí¼F
2
2
2r 3
(
í µí¼
2
y
− í µí¼
2
x
+ r
2
)
+
1
í µí¼r
(
í µí¼ − ry −
e í µí¼ 2 í µí¼ − 1
í µí¼ 2
)}
dy = C
with constant
C = í µí¼í µí¼
(
F
2
1
+
F
2
2
r 2
)
+ (1 + í µí¼)
e í µí¼ 1 í µí¼ − 1 − í µí¼ 1 í µí¼
í µí¼(í µí¼
2
1
+ í µí¼
2
1
)
+
1 − í µí¼ 2 í µí¼ − e −í µí¼ 2 í µí¼
í µí¼r 2 (í µí¼
2
2
+ í µí¼
2
2
)
.
Constant C is chosen here so that the upstream horizontal flow is described by the
solution í µí¼ = 0 and í µí¼ = y (−í µí¼ < y < 0), í µí¼ = ry (0 < y < í µí¼∕r).
The Non-linear Long-Wave Model
The Boussinesq parameters í µí¼ 1 , í µí¼ 2 and í µí¼ are small in the case of extremely weak
stratification in the abyssal water. We assume here that these parameter are of the
same order, so we can use a single small parameter í µí¼ by setting
í µí¼ = í µí¼ 1 = í µí¼ 2 = í µí¼.
(15)
In accordance with this hypothesis, the derivation procedure of non-linear long-wave
model should involve slow horizontal variable í µí¼ =
√ í µí¼ x, as it was demonstrated by
[1] in the case of weak linear stratification. We expand the stream function into power
series with respect to í µí¼ as
í µí¼ = í µí¼
(0)
(í µí¼, y) + í µí¼ í µí¼
(1)
(í µí¼, y) + ⋯
(16)
where the leading-order term í µí¼
(0) defines the hydrostatic mode, and coefficient í µí¼
(1)
provides the correction due to non-linear dispersion. All these coefficients í µí¼ (k) can
be uniquely determined from equations (11) and (12) (with fixed Long’s numbers í µí¼ 1
and í µí¼ 2 ) under kinematic boundary condition (13). Thus, we obtain
í µí¼
(0)
= y − í µí¼
sin í µí»¼ 1 (y)
sin í µí»¼ 1 (í µí¼)
(−í µí¼ < y < í µí¼),
and
N. Makarenko et al.
and the dimensionless version of the integral relation (9) takes the form
í µí¼
∫
−í µí¼
e
−í µí¼ 1 í µí¼
{ í µí¼F
2
1
2
(
í µí¼
2
y − í µí¼
2
x + 1
)
+
1 + í µí¼
í µí¼
(
í µí¼ − y −
e
í µí¼ 1 í µí¼
− 1
í µí¼ 1
)}
dy +
(14)
+
í µí¼∕r
∫
í µí¼
e
−í µí¼ 2 í µí¼
{ í µí¼F
2
2
2r 3
(
í µí¼
2
y
− í µí¼
2
x
+ r
2
)
+
1
í µí¼r
(
í µí¼ − ry −
e í µí¼ 2 í µí¼ − 1
í µí¼ 2
)}
dy = C
with constant
C = í µí¼í µí¼
(
F
2
1
+
F
2
2
r 2
)
+ (1 + í µí¼)
e í µí¼ 1 í µí¼ − 1 − í µí¼ 1 í µí¼
í µí¼(í µí¼
2
1
+ í µí¼
2
1
)
+
1 − í µí¼ 2 í µí¼ − e −í µí¼ 2 í µí¼
í µí¼r 2 (í µí¼
2
2
+ í µí¼
2
2
)
.
Constant C is chosen here so that the upstream horizontal flow is described by the
solution í µí¼ = 0 and í µí¼ = y (−í µí¼ < y < 0), í µí¼ = ry (0 < y < í µí¼∕r).
The Non-linear Long-Wave Model
The Boussinesq parameters í µí¼ 1 , í µí¼ 2 and í µí¼ are small in the case of extremely weak
stratification in the abyssal water. We assume here that these parameter are of the
same order, so we can use a single small parameter í µí¼ by setting
í µí¼ = í µí¼ 1 = í µí¼ 2 = í µí¼.
(15)
In accordance with this hypothesis, the derivation procedure of non-linear long-wave
model should involve slow horizontal variable í µí¼ =
√ í µí¼ x, as it was demonstrated by
[1] in the case of weak linear stratification. We expand the stream function into power
series with respect to í µí¼ as
í µí¼ = í µí¼
(0)
(í µí¼, y) + í µí¼ í µí¼
(1)
(í µí¼, y) + ⋯
(16)
where the leading-order term í µí¼
(0) defines the hydrostatic mode, and coefficient í µí¼
(1)
provides the correction due to non-linear dispersion. All these coefficients í µí¼ (k) can
be uniquely determined from equations (11) and (12) (with fixed Long’s numbers í µí¼ 1
and í µí¼ 2 ) under kinematic boundary condition (13). Thus, we obtain
í µí¼
(0)
= y − í µí¼
sin í µí»¼ 1 (y)
sin í µí»¼ 1 (í µí¼)
(−í µí¼ < y < í µí¼),
and
