含垂直剪切的対流模拟中的发电机作用与磁浮力

关于太阳黑子形成的一个假说是，由差旋层处强径向剪切产生的磁流管通过磁浮力浮现。在该图景下，磁场必须超过一个阈值才能变得具有浮力并浮现穿越整个対流区。我们追踪一个随机种子磁场的演化，旨在研究在何种条件下可能激发发电机不稳定性，以及发电机产生的磁场是否会如磁流管理论预期的那样变得浮力不稳定并浮现至表面。我们对包含垂直剪切层的可压缩湍流対流进行了数值模拟。与太阳差旋层类似，该剪切位于対流稳定层之间的界面处。我们发现，剪切与対流能够放大初始磁场并形成大尺度的拉长磁结构。磁场强度取决于若干参数，如剪切振幅、剪切层的厚度与位置以及磁雷诺数($\Rm$)。每当环向磁场达到接近能量均分值的阈值振幅时，它便变得具有浮力并上升进入対流区，在那里膨胀并形成蘑菇状结构。一些浮现事件，即那些初始场振幅最大的事件，能够到达模拟域的顶部附近层。这些事件能够改变対流模式，形成更宽的対流胞或沿磁场方向拉长的対流涡旋。然而，在这些事件中，没有一个能保持其初始结构。