通过逆尺度能量转移直接驱动模拟行星急流

形成巨行星上急流和大尺度涡旋的精确机制尚不清楚。逆级串过程曾被提出作为一种解释。另一种可能是，能量由小尺度对流直接注入。我们的目标是阐明在一个快速旋转、深层、地转的球壳对流系统中，逆级串是否为纬向急流和大尺度涡旋提供能量。我们在此类模拟中分析了动能随方位波数 m 的非线性尺度间传递。我们发现，驱动急流的主要机制与从小尺度对流直接向急流的逆尺度能量转移有关。这种转移在谱空间中是非常非局域的，绕过了大尺度结构。因此，急流的形成并非由逆级串驱动。相反，它是由小尺度对流流动的雷诺应力直接驱动所致。初始相关性是由均匀背景旋转和球壳几何形状对流场的影响造成的。虽然急流的增长抑制了对流，但它增加了对流流动的相关性，这进一步放大了急流的增长，直到被粘性耗散所平衡。在更小的程度上，能量也从对流尺度直接逆尺度转移到大尺度涡旋，主要发生在切线圆柱体之外。在那里，大尺度涡旋也不是由逆级串驱动的。在切线圆柱体内部，向大尺度涡旋的能量转移较弱，但在谱空间中更为局域，这留下了逆级串作为大尺度涡旋驱动机制的可能性。此外，大尺度涡旋通过正向能量转移从急流中获得动能。因此，我们提出急流不稳定性作为大尺度涡旋的另一种形成机制。最后，我们发现急流动能按 $\ell^{-5}$ 标度，这与纬向流主导区的标度律相同。