论统计带状不稳定性与磁场效应
流体动力学
2024-11-20 v1
摘要
纬向流是行星上普遍存在的自西向东的平均流，可以通过“带状不稳定性”形成：在湍流或随机波中，微弱的大尺度纬向流可以呈指数增长从而变得显著。本文研究带状不稳定性的统计行为及磁场效应。我们使用随机白噪声外力驱动随机波，并研究该随机系统中平均流的增长。推导了平均流期望增长率的关系式，并讨论了不稳定性的性质。在弱和强磁扩散率极限下，该关系式简化为易于处理的表达式，为磁场效应和不稳定性阈值标度律提供了清晰的见解。磁场主要起稳定作用从而阻碍纬向流的形成，但在某些条件下也可能产生不稳定效应。对随机流进行了数值模拟以验证理论。结果表明，磁场可以显著增加纬向流的随机性。研究发现，单次实现的纬向流行为可能与期望存在很大差异。对于弱磁扩散率和中等磁场强度，这会导致结果的显著差异，即单次实现中是否发生带状不稳定性。
引用
@article{arxiv.2312.08905,
title = {On statistical zonostrophic instability and the effect of magnetic fields},
author = {Chen Wang and Joanne Mason and Andrew D. Gilbert},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.08905},
year = {2024}
}