在国家自然科学基金项目（批准号：51709131、51879123）等资助下，江苏科技大学李志富副教授及团队相关人员合作在冰区水动力学研究方面取得重要进展，完成了冰中裂纹对弯曲重力波场扰动的理论分析，对完善多种因素作用下的极地海冰演化预测模型具有重大意义，并发展了冰区流场中浮式结构物水动力的半解析、半数值分析体系，对指导极地装备优化设计具有重要价值。相关研究成果以“Wave diffraction by multiple arbitrary shaped cracks in an infinitely extended ice sheet of finite water depth”和“A hybrid method for linearized wave radiation and diffraction problem by a three dimensional floating structure in a polynya”为题，于2020年4月分别在线发表在流体力学领域顶级期刊《Journal of Fluid Mechanics》和计算流体力学领域著名期刊《Journal of Computational Physics》上。论文链接：https://doi.org/10.1017/jfm.2020.238；https://doi.org/10.1016/j.jcp.2020.109445。

（a）闭口冰裂纹（b）开口冰裂纹（c）混合冰裂纹

图1.扰动弯曲重力波能量分布特征

（a）位移分布（b）斜率分布

图2.海冰沿混合冰裂纹弯曲变形幅值

波浪与海冰作用对极地海冰动态演化具有重要意义，相关理论探索始于19世纪末期著名数学家A.G. Greenhill教授的研究。冰裂纹作为海冰断裂的早期形态，其散射弯曲重力波场，将直接影响极地海冰的时空分布。然而该问题边界条件中含待求量高阶混合偏导数，且解在冰裂纹端点处含固有奇异性，目前国际上只有极少数的理论研究工作。国际著名地球物理学家V.A. Squire教授和水动力学家D.V. Evans教授（与J.N. Newman教授于1984年共同发起国际水动力研讨会“International Workshop on Water Waves and Floating Bodies”）都尝试过解决该问题，目前仅能解决直线平行冰裂纹问题。该科研团队经过多年努力发展了解析与数值联合分析方法，通过利用解析推导降低奇异性，并综合利用边界元与有限差分进行数值离散，可实现任意形状与空间分布冰裂纹研究，发现了闭口冰裂纹中的类共振现象，揭示了冰裂纹随开口尺寸的渐进特征，以及冰裂纹形状和空间分布对散射场的作用机理。基于该模型，科研团队同时发展了冰区浮式结构物水动力多子域匹配分析方法，突破了自由表面波与弯曲重力波耦合作用流场分析难题。

目前，该科研团队已经初步建立冰区水动力学理论体系，并发展了冰区波浪场与极地装备水动力数值预报应用程序WISPICE，计算精度已获得流体力学领域顶级期刊与计算流体力学领域著名期刊的学术认可。