太阳差旋层全球流体动力学浅水不稳定性的非线性演化

我们提出了一个太阳差旋层的完全非线性流体动力学'浅水'模型。该模型由一个全球球形差速旋转流体壳层组成，其顶部可变形，因此允许沿径向以及纬度和经度方向的运动。当系统受到扰动时，在其非线性演化过程中，可以从差速旋转中产生不稳定的低频浅水剪切模态、高频重力波以及它们之间的相互作用。在该模型中，辐射差旋层和超射差旋层分别以高和低有效重力值为特征。我们构建了一个包含极低数值扩散的半隐式谱格式，对浅水模态进行了非线性演化。我们的初步结果表明：(i) 高纬度急流或极地加速旋转是由于不稳定流体动力学浅水扰动和差速旋转的非线性演化而发生的；(ii) 扰动中的雷诺应力以及变化的壳层厚度和经向环流是差速旋转演化的原因；(iii) 扰动能量主要集中在最低的纵向波数中；(iv) 由于这些模态在一个近乎无耗散的系统中演化，能量在受扰动和未受扰动状态之间发生振荡；(v) 扰动是地转的，但偶尔会发生地转平衡的非调整，特别是在高有效重力的情况下，导致重力波的产生。我们还发现，一个线性稳定的差速旋转剖面保持非线性稳定。