可变热扩散率对对流结构的影响

太阳对流区中的多尺度流结构——诸如米粒、中米粒、超米粒和巨细胞等特征共存——尚未被恰当理解。本文研究了其中一个物理因素——热扩散率的变化——在多尺度对流结构形成中的可能作用。对平面水平流体层中的热对流进行了数值模拟。热扩散率的温度依赖性被选择为能在近上层边界的静态温度剖面中产生一个尖锐的扭折。结果，(负)静态温度梯度 dTs/dz 的量值在层厚的大部分区域较小，但在薄的边界子层中达到大值。为识别不同尺度上的结构，我们对温度场应用了平滑程序、计算同调技术和谱处理。发现流动是三种具有三种不同特征尺度的细胞结构的叠加。最大的(第一尺度)对流细胞具有中心上升流，填满整个层厚；这些细胞大多被桥或地峡分割成少数较小的(第二尺度)细胞，定位于层的上部；最后，众多微小(第三尺度)特征点缀在位于近上层边界的层的水平截面上，并表现出向第一尺度细胞的细胞间巷聚集的趋势。第三尺度细胞结构被第一尺度和第二尺度对流流平流输运。流的空间谱并不直接指示第二尺度和第三尺度结构的存在；然而，它们可通过我们的处理技术被选出。总体而言，模拟的流型定性地类似于太阳上观测到的情形。