球形壳旋转对流中的力量平衡

在理解行星核心动力学方面，已对旋转对流(RC)在球形壳几何中的数值模型取得了显著进展。然而，这些模型在各种动力学制度下力量的行为仍然鲜为人知。方向各向异性、尺度依赖性以及不可压缩流动中动态无关梯度贡献的作用，使力量表示变得复杂。在本研究中，我们系统地比较了均值力和波动力以及旋力(不含梯度贡献)的集成和尺度依赖表示，分别针对三个分量($\hat{r},\hat{\theta},\hat{\phi}$)进行分析。该分析使用Ra/Ra_c=1.2-1967 和E=10^{-3}-10^{-6} 的一系列对流超临界性模拟进行，固定 Prandtl 数 Pr=1，无滑移和固定通量边界。我们排除了球形壳边界的10个速度边界层，以获得力量和旋力平衡在边界处的一致表示。径向、方位和 co-latitudinal 分量显示出不同的平衡。总力量和总旋力的大小 exhibits 主要的热风(thermal wind)平衡；相应的波动力在准均匀(QG)主导平衡中，而波动旋力从黏性-阿基米德-科里奥利平衡过渡到惯性-黏性-阿基米德-科里奥利平衡，随着Ra/Ra_c 的增大。旋力平衡在尺度上较弱依赖于力量，且不显示明确的交叉尺度。波动力和旋力平衡与RC的三个制度(弱非线性、快速旋转和弱旋转)相符，但不会随Ra/Ra_c发生明显变化，这阻碍了从这些平衡中识别精确制度边界。