2D 涡旋流动中的有效输运：涡旋气体理论 vs.尺度不变反向级联

尺度不变的反向能量级联是 2D 涡旋流的典型特征，其理论能谱在直接数值模拟（DNS）和实验室实验中均得到观察。在此尺度不变假设下，2D 涡旋流动的有效扩散系数仅由能量通量和摩擦系数决定。意外地，我们展示了这种规模不变预测被数值解的 2D Navier-Stokes 方程所否定，这些方程在中间波数处受力并受弱线性或二次阻尼的影响。我们基于强烈、孤立涡旋导致的 spatially nonhomogeneous 摩擦耗散（局限于小涡旋核心）所致，推导了有效扩散系数的替代规模定律。这些预测在 DNS 数据上进行了定量匹配。这一研究指向了 2D 涡旋流在物理空间中的普遍大尺度组织，桥接了标准 2D Navier-Stokes 涡旋与大尺度地理涡旋。