GSF 不稳定性引起的角动量输运、分层与纬向喷流形成：一般纬度下的非线性模拟

我们继续研究较差转动辐射区中 Goldreich-Schubert-Fricke（GSF）不稳定性的非线性演化。该不稳定性可能是恒星与巨行星中角动量输运的关键机制，但其非线性演化在很大程度上仍未被探索。在先前论文中我们考虑了赤道不稳定性，而此处我们首次在一般纬度下模拟该不稳定性。我们对大多数模拟采用修正剪切盒中的局部笛卡尔 Boussinesq 模型，但也进行了一些具有无应力、不可穿透径向边界的模拟。我们首先重新审视线性不稳定性并推导若干新结果，进而研究其非线性演化。发现该不稳定性的行为与在赤道处的行为非常不同。特别地，我们在此观察到强纬向喷流（角动量上的“分层”）的发展，其可显著增强角动量输运，尤其在轴对称模拟中。这些喷流通常相对于局部重力倾斜，其倾角初始对应于线性模的倾角，但随时间演化并依赖于流强度。该不稳定性输运角动量的效率（高出几个数量级）远胜于在赤道处，我们估计 GSF 不稳定性可贡献红巨星与亚巨星所需缺失角动量输运的一部分。它也可能在太阳差旋层的长期演化及热木星的大气动力学中发挥作用。