行星湍流中大尺度结构的涌现

观测表明，行星和磁流体动力学漂移波湍流会自组织成大尺度结构，如纬向急流和相干涡旋。在本快报中，我们提出了一种非平衡统计理论，即随机结构稳定性理论（SSST），该理论能够预测均匀湍流中非纬向和纬向结构（晶格和条纹图案）的形成及其有限振幅平衡。该理论揭示，大尺度结构的涌现是相干流与相关湍流场之间相互作用不稳定性的结果。通过将理论与各向同性随机搅拌维持湍流的$\beta$平面通道中正压流的非线性模拟进行比较，证明了 SSST 能够预测相干结构涌现的阈值参数以及涌现结构的特征（尺度、振幅、相速度）。研究表明，与纬向流（条纹态）相比，非纬向结构（晶格态或 zonons）在较低的搅拌能量输入率下涌现，且其涌现会影响急流形成的动力学。