旋转对球面上涡度动力学的影响：基于离散外微积分的研究
流体动力学
2021-11-10 v1
摘要
我们利用离散外微积分（DEC）格式研究旋转单位球面上的不可压无黏涡度动力学。对给定的初始涡度分布，我们将球体的旋转速率从零（非旋转情形，对应无穷 Rossby 数（Ro））变至 320（对应 Ro = ），并研究涡度场随时间的演化。对于非旋转情形，涡旋因所谓的正向/直接涡度拟能级联演化为细丝。在后期，作为逆能量级联的结果，出现振荡的四极涡场。旋转减弱了涡度拟能的正向级联（从而也减弱了能量的逆级联），并倾向于使涡结构沿方位角/纬向对齐。我们的研究揭示，对于由中波数球谐函数构成的初始涡度场，涡结构的纬向化并非随 Rossby 数减小而单调，且在某一 Rossby 数以下结构 revert 回非纬向状态。另一方面，对于由中到大波数球谐函数构成的初始涡度场，纬向化随 Rossby 数减小而单调。尽管旋转减弱了涡度拟能的正向级联，但并未完全中止/阻止该级联。
引用
@article{arxiv.2108.09583,
title = {Effects of Rotation on Vorticity Dynamics on a Sphere with Discrete Exterior Calculus},
author = {Pankaj Jagad and Ravi Samtaney},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.09583},
year = {2021}
}