地转对流湍流下一代模型的启发式框架

许多地球物理与天体物理现象由湍流流体动力学驱动，其行为在尺度上跨越数十个数量级。尽管直接模拟在理解地球物理系统方面取得了长足进展，但此类模型仍处于控制参数的有限范围内，难以外推至行星环境。旋转 Rayleigh-Bénard 对流这一经典问题提供了一种替代方法——在简化的设定中分离出基本物理规律。旋转对流中的理论研究和渐近简化模拟揭示了多种可能与自然系统相关、但直接模拟仍无法触及的流动行为。鉴于此，目前已设计出多种新的大尺度旋转对流装置来表征此类行为。预测这批潜在的新数据将如何与现有结果相融合至关重要。令人惊讶的是，目前尚未阐明关于极端旋转对流的一个连贯预测框架。在本研究中，我们结合渐近预测、实验室与数值结果以及实验约束，构建了一个启发式框架，以对广泛的旋转对流研究进行交叉比较。我们在渐近流态的背景下对现有的各种预测进行了分类。然后，我们考虑了决定流动行为预测与实验可达性之间交点的物理约束。将此框架应用于若干即将建成的装置表明，实验室研究可能很快就能表征与地球物理相关的流态。这些新数据可能会改变我们对地球物理与天体物理湍流的理解，而本文开发的概念框架应能为对这些结果进行有意义的讨论提供所需的理论基础。