重力与自转错位的对流：模拟与旋转混合长理论

我们利用两种互补的设置，对具有重力与自转矢量错位的旋转 Boussinesq 热对流进行了三维笛卡尔几何下的数值模拟。该模型代表了恒星或行星对流区中非极区纬度的一个小区域。我们研究了自转对不同纬度对流整体性质的影响，重点确定热通量与温度梯度之间的关系。我们表明，我们的结果可以用旋转混合长理论（RMLT）来解释。RMLT 的最简单版本（由 Stevenson 提出）考虑的是传输热量最多的单一模式。这在解释我们的结果时相当有效，但在中纬度处与这些预测存在系统性偏离（温度梯度最高约达 $30\%$）。我们发展了包含多种模式所提供传输的更详细的 RMLT 处理，并表明这解释了大部分系统性差异。我们还表明，我们的模拟中产生了对流生成的纬向流和经向环流，且其性质强烈依赖于盒子的尺寸。这些流动也影响热传输，在某些纬度导致对 RMLT 的偏离。然而，我们发现，当纬向流较小时，多模式理论对中层温度梯度、均方根（RMS）垂直速度、RMS 温度涨落以及不同纬度热传输的空间谱的理论预测，都与我们的数值结果相当吻合。