在高分辨率地磁发电机模拟中逼近地球核条件

地磁发电机的特征在于维持地球磁场对抗欧姆耗散的大尺度，与外地核中湍流且导电的底层流体流动的小尺度之间存在宽泛的尺度分离。本文利用比早期模型更接近地球核条件的高分辨率数值模拟，分析了这种尺度分离的性质。这些新模拟通过提高分辨率并逐步放宽已发表低分辨率算例中的超扩散近似获得。这一放大过程并未扰动先前得到的大尺度、主导阶准地转（QG）以及一阶磁-阿基米德-科里奥利（MAC）力平衡。随着放大模拟逼近地球核条件，动能谱呈现出逐渐变宽的、跨越长度尺度上超过十年的自相似幂律谱区间。在该区间内，涡量的谱能量密度在磁场通过 QG-MAC 力平衡从对流获取能量的尺度，与能量耗散的小尺度之间，被证明近似平坦。物理空间中由此产生的速度与密度异常平面构型分别由大尺度柱状薄层与羽流构成，并分别与小尺度涡量细丝和密度异常分支共存。相比之下，磁场平面构型在放大后仍保持其大尺度结构。放大模拟的诊断输出比其源自的低分辨率算例更符合渐近 QG-MAC 理论，但仍存在微小残余偏差，这可能需要进一步的理论修正以解释磁场对流动的构造约束。