准二维湍流中大尺度动力学的双稳态性

在许多地球物理和天体物理流动中，沿流动某一方向涨落的抑制驱动了准二维的动能逆向级联通量，导致在最大尺度上形成强涡凝聚态。近期研究表明，向该凝聚态的转捩具有滞回性，产生一个有限的双稳态区间，在此区间内凝聚态与常规三维态可在相同参数值下共存。本工作中，我们利用薄层流动的直接数值模拟，研究当域尺寸与湍流强度增大时该双稳态区间是否仍然存在。通过研究两态之间罕见转捩发生的时间尺度，我们发现双稳态区间随箱尺寸和/或雷诺数 Re 增大而扩展，表明双稳态既非有限尺寸效应亦非有限 Re 效应。我们进一步预测了从低箱尺寸、低 Re 下的双峰态 regime 到高箱尺寸、高 Re 下纯滞回 regime 的交叉，在后者中任一态向另一态的转捩在任何有限时间尺度上均被禁止。