负有效势能耗散作为双扩散不稳定性的根本判据

背景势能(BPE)是双扩散不稳定性在从无外力、静止且无可获取势能(APE)的状态发展时所能汲取能量的唯一储库。最近,Middleton 和 Taylor 将 BPE 向 APE 的提取与浮力通量斜密分量的符号相联系,但其判据只能预测扩散对流不稳定性,而不能预测盐指不稳定性。在此,我们表明若改用 APE 耗散率的符号,该问题可得到修正,使其成为双扩散不稳定性的最根本判据。我们建立了双组分流体相对于单组分流体的 APE 耗散率理论,作为三个参数的函数:扩散率比、密度比和辛辣度参数。该理论正确预测了层流无外力状态下盐指和扩散对流不稳定性的发生,更一般地预测双组分流体的 APE 耗散率相对于单组分流体可增强、抑制甚至符号相反,对海洋混合研究具有重要意义。由于负 APE 耗散也可出现在稳定层结的单组分和双稳定双组分层结流体中,我们推测只有㶲的热力学理论才能解释其物理机制;然而,这需要接受 APE 耗散是 APE 与 BPE 内能分量之间的转换,与主流假设相反。