GSF 不稳定性引起的角动量输运：赤道处的非线性模拟

我们采用轴对称及三维模拟，在差速自转辐射区赤道附近对 Goldreich-Schubert-Fricke（GSF）不稳定性的非线性演化进行了研究。该不稳定性可能对恒星与行星中的角动量输运作出重要贡献。我们采用局部 Boussinesq 笛卡尔剪切盒模型，代表差速自转恒星辐射区的一小块区域。还使用局部径向方向上无应力、不可穿透边界的补充模拟。赤道轴对称不稳定性的线性和非线性演化在形式上等价于盐指不稳定性。在三维中不再如此，但我们发现该不稳定性非线性表现类似于盐指不稳定性。轴对称模拟——以及局部方位角方向短尺寸的三维模拟——迅速沿自转轴发展出强喷流，抑制不稳定性并导致类似捕食者-猎物的时序动力学。在三维中，不稳定性初始产生均匀湍流和增强的动量输运，尽管在某些情况下喷流在更长时标上形成。我们提出并数值验证了一个关于 GSF 不稳定性非线性饱和及其所致角动量输运的简单理论。该理论可直接在包含自转的恒星演化代码中实现。我们估计 GSF 不稳定性可能有助于解释红巨星所需缺失的角动量输运，并在太阳差旋层的长期演化中发挥作用。