畸形波是一种突然发生随后迅速消失、具有非常大波高的波浪,会对航行船舶和海洋结构物的安全构成威胁。波浪调制不稳定性被认为是深水畸形波最有可能的产生机理之一,而非线性Schrodinger(NLS)方程能很好地描述水波的调制不稳定性。Peregrine(1983)基于NLS方程推导出了一个解析解,也叫Peregrine呼吸子(PB)解,该解在时间和空间上的最大增长率都是3,因此常被用做畸形波研究的理想模型。在海洋中,波浪和水流常常是共存的,因此波流相互作用是海洋工程研究的一个重要研究方向。水流速度常常沿水深方向是不均匀的,但是目前有关剪切流中畸形波的研究相对较少,很多问题还有待解决。本文的主要工作就是通过理论推导和物理模型实验相结合的方式研究水流对畸形波的影响。首先,本文利用多重尺度方法推导了一个包含线性剪切流项的二维有限水深非线性Schrodinger(SCNLS)方程,随后,使用该方程研究了线性剪切流下波浪的调制不稳定性的特征,结果显示剪切流可以显著改变波浪的调制不稳定性特征:均匀顺流抑制不稳定性的增长,而均匀逆流增强不稳定性;对于剪切流来说,正涡量增强不稳定性,而负涡量抑制不稳定性。随后研究了线性剪切流对PB解的作用,发现均匀顺流流增大PB在时间和空间上的跨度,而逆流则相反,这表明顺流使得畸形波包会包含更多数量的大浪。在特定情况下,剪切流相应的涡会部分抵消均匀流的影响。最后,假设表面流沿空间缓慢变化,推导了描述有限水深条件下三维波浪在线性剪切流上传播的三阶非线性Schrodinger(TSCNLS)方程并使用该方程研究了线性剪切流下重力波的调制不稳定性的特征,得到一个修正的三维调制不稳定性增长率公式,结果表明:水深变小,不稳定性区域变窄;均匀顺流强度增大,不稳定性区域减小,均匀逆流强度增大,不稳定性区域也增大,涡量的作用与均匀流的作用相反。随后,为验证理论推导的有效性,在实验室水槽中开展了一系列有限水深和深水条件下PB演化的实验。实验结果表明波浪的最大放大率与初始Ursell数和水深密切相关。如果初始Ursell数大于0.05,最大的波峰放大率会超过3。如果初始Ursell数接近于0.05,波浪演化达到最大波高需要的距离会随着水深的变大而显著减少。实验结果和包含耗散项的NLS方程与Dysthe方程的数值解进行了对比,结果显示两个包含耗散项的模型都能较好的预测波浪的最大放大率,而Dysthe方程能较好地模拟波包络前后两端的水平不对称性。通过物理实验研究了 PB在有限水深中的演化。波列在静水中产生,传播一段距离后进入强度从零逐渐增长并趋向于近似稳定状态的逆流区域。实验结果表明,PB的三角形特征能谱在强流环境中也能保持,所以有可能作为预测畸形波浪的一个有效特征(畸形波的三角形特征能谱的出现时间要早于畸形波的产生)。实验结果还发现逆流会使得PB的聚焦位置前移(相对于静水条件)。通过实验研究了 PB在逆剪切流和均匀逆流条件下的演化。波列同样是在静水中产生,然后进入强度逐渐增长的逆流区域。首先根据推导的SCNLS方程,定性分析了逆流对PB发展演化的作用。随后实验结果表明,逆剪切流和均匀逆流都显著地改变了波列的动力学特征。水流加速了波浪的演化发展,形成畸形波浪。在有逆剪切流时高阶谐波对最大波峰和最大波高的贡献很大。PB解析解与实验结果进行了对比,由于波浪的非线性作用与耗散的影响,实验的最大波峰出现的位置要滞后于解析解的位置,初始波陡较小或者水深较大时,解析解与实验结果对比较好。