通量集中中旋转与分层的竞争

在强分层湍流层中，由于湍流对大尺度（平均场）磁压的负贡献，均匀水平磁场可能变得不稳定并自发形成局部通量集中。这种机制称为负有效磁压不稳定性 (NEMPI)，它与大部分磁场位于对流区主体而非底部的发电机情景有关。近期使用平均场磁流体动力学方程的工作表明，NEMPI 在低至 0.1 的科里奥利数对应的较低旋转速率下就会受到抑制。在此，我们通过研究旋转对 NEMPI 发展和有效磁压的影响来扩展这些早期调查。我们还通过直接数值模拟 (DNS) 量化了动能螺旋度，并与早期工作进行了比较。为了计算旋转对有效磁压的影响，我们同时考虑了 DNS 和使用 $\tau$ 方法的解析研究。为了研究旋转对 NEMPI 发展的影响，我们在笛卡尔域中使用了三维磁流体动力学方程的 DNS 和平均场计算。我们发现，只要科里奥利数低于约 0.06，早期平均场计算得出的 NEMPI 增长率就能通过 DNS 很好地复现。在这种情况下，动能和磁螺旋度都很弱。对于更快的旋转，发电机作用成为可能。然而，存在一个中间的旋转速率范围，其中发电机作用本身尚不可能，但 NEMPI 的旋转抑制正在缓解。通过抑制湍流压力产生磁通量集中似乎只可能在太阳的最上层发生，那里的对流翻转时间小于 2 小时。