相干斜压流能否自发产生？

地球物理湍流被观测到可自组织为诸如纬向急流和相干涡旋的大尺度流。先前关于正压beta平面湍流的研究表明，当湍流强度增加时，相干流作为分岔从均匀湍流背景中涌现，且大尺度流的出现被归因于湍流统计态动力学的一种新的集体性、对称性破缺不稳定性。本文中我们将分析拓展至层化流，并在无外加平均南北热梯度、由外部随机搅拌维持湍流的双层流体中研究湍流自组织。我们采用统计态动力学(S3T)的二阶闭合及适当的平均假定，以识别统计湍流平衡态及其结构稳定性。当激励的能量输入率越过临界阈值时，统计均匀平衡态分岔为包含纬向急流和/或大尺度波的非均匀平衡态，本文解析地研究了该过程。理论预言：当流动转变至具有大尺度结构的统计态时，若激励尺度大于变形半径，则这些态为正压的；当激励尺度短于变形半径时，出现正压-斜压混合态（含急流和/或波），其中流的斜压分量在低能量输入率时居次要地位，在较高能量输入率时可忽略。S3T理论结果与非线性模拟作了比较。发现该理论能准确预言临界转变参数与涌现结构的尺度，但低估了其振幅。