快速旋转瑞利 - 贝纳德对流中的大尺度涡旋

利用笛卡尔坐标系下快速旋转 Boussinesq 对流的数值模拟，我们研究了长寿命、大尺度且深度不变的相干结构的形成。这些由集中气旋组成的结构生长至盒子的水平尺寸，其速度显著大于对流运动。我们改变旋转速率、热驱动和纵横比，以确定这些大尺度涡旋（LSV）的存在域。我们发现其形成需要两个条件：首先，作为热驱动量度的瑞利数必须是对流线性 onset 值的数倍；这对应于基于对流速度和盒子深度的雷诺数 $\gtrsim 100$。其次，对流结构受到的旋转约束必须很强。这要求基于对流速度和水平对流尺度的局部罗斯贝数 $\lesssim 0.15$。在谱空间中人为抑制某些波数的模拟表明，LSV 是由小尺度、深度依赖的对流运动相互作用产生的。LSV 的存在显著降低了对流传热的效率。