双向波,又称交叉波,是指传播方向不同的两个波列相遇并相互作用。当涌浪传至由局部风暴产生的风浪区、当传播方向不同的两列涌浪相遇或当风向发生急速转变时均会形成双向波。双向波海况不仅会对航行船舶和海洋结构物的安全构成隐患,还是畸形波的主要生成机理之一。因此,双向波的研究具有非常重要的现实工程意义和理论研究价值。目前,虽然已经建立了双向规则波的非共振和共振理论,但这些理论不仅有其本身局限性,而且只保留至三阶非线性。此外,当共振发生时,波浪形态和流速剖面的变化尚未有讨论。已有双向随机波的研究则更侧重于统计特性分析,而其内在演化机制、流场变化等尚不明确。为使这些问题更加清晰,则要对双向波做更细致化、更基础性的研究。本文的主要工作是采用全非线性的非静压数值模型和物理模型实验分别对双向规则波和双向聚焦波的非线性演化特性进行研究。首先,采用数值方法模拟了双向规则波的近似共振作用,并对不同方向夹角下的近似共振强度进行分析。结果表明,当方向夹角大于共振角度时,近似共振强度随方向夹角的增加而迅速减弱;当方向夹角小于共振角度时,近似共振强度随方向夹角的减小而缓慢变弱。因此,当方向夹角接近或小于共振角度时,双向规则波的近似共振作用较强;当方向夹角较大于共振角度时,该作用较弱。其次,采用数值方法模拟了双向规则波的准确共振作用,并分别对较小初始波陡（ε=0.03、0.05）和中等初始波陡（ε=0.08、0.1）下的共振波演化、波浪形态和流速剖面进行对比和分析。结果表明,当初始波陡增至中等时,三阶共振理论所适用的传播距离随初始波陡的增加而减小,否则将高估共振波的增长;造波板附近的波浪形态是均匀一致的,但随着传播距离的增加,波峰逐渐发生弯曲甚至分裂,而波峰的弯曲和分裂程度随初始波陡的增加以及共振波传播距离的增大而增强,波谷情况类似;最大波峰处的水平速度分量随传播距离的增加而显著增大,尤其是速度分量u,这与共振波的传播方向有关。再次,通过物理模型实验研究了双向规则波的共振作用,其中共振波的最大相对传播距离为kd=396.9（波数和传播距离的乘积）。结果表明,即使准确满足线性共振条件,随着初始波陡增加,共振波的波幅不再沿其传播方向保持线性增长,而是先增长后减小、甚至是周期性变化;其变化周期随初始波陡的增加而减小,但其最大增长幅值并不始终随初始波陡的增加而增大。同时,初始波与共振波之间出现周期性的能量交换。通过减小两列初始波的方向夹角,本实验还研究了多组近似共振工况。在初始波陡相同的情况下,波数失谐项的绝对值越大,即越偏离准确共振条件,共振波的最大增长幅值越小,其幅值的变化周期越短。最后,采用数值方法模拟了双向聚焦波的非线性传播演化,并依次对双向宽谱聚焦波、双向窄谱聚焦波、不同方向夹角下的双向窄谱聚焦波和双向不同聚焦波的非线性演化特性进行分析。结果表明,对聚焦位置和聚焦时间的下移现象,双向窄谱聚焦波的偏移量明显大于双向宽谱聚焦波,但二者均小于单向聚焦波的偏移量;方向夹角不仅影响聚焦过程中能量传递的强度,还影响散焦过程中能量传递的规律;对非线性较强的双向聚焦波,共振作用会引起波浪形态发生显著变化,如新增“侧波”结构的演化、波峰的弯曲和分裂。