潮汐激发内波的参量不稳定性与波湍流
流体动力学
2018-03-14 v1
摘要
我们研究了经历均匀周期性潮汐形变的层化流体层的稳定性。我们首先引入一个局部模型，该模型可用于研究在拉格朗日域中由潮汐基流周期性拉伸和剪切的速度与浮力涨落。在仅保留关键物理要素的同时，此类模型能高效模拟潮汐振幅和耗散均较小的行星 regime。利用该模型，我们证明潮汐流能够驱动内波的参量次谐共振，其方式令人联想到旋转流体中的椭圆不稳定性。通过直接数值模拟（DNS）计算的增长率与 WKB 分析和 Floquet 理论非常吻合。我们还研究了由该不稳定性机制驱动的湍流。通过时空分析，我们表明这是一种发生在小 Froude 数和浮力 Reynolds 数下的弱内波湍流。当激励频率与 Brunt-V\"ais\"al\"a 频率之间的间隙增大时，该波湍流的频谱显示出 -2 幂律，令人联想到已在海洋中测量到的 Garett 和 Munk 谱（Garrett & Munk 1979）的高频分支。此外，我们发现混合效率相较于在小 Froude 数和大浮力 Reynolds 数下激发的层化湍流 DNS 中所计算的结果发生了改变，并且与波的叠加一致。
引用
@article{arxiv.1712.08815,
title = {Parametric instability and wave turbulence driven by tidal excitation of internal waves},
author = {Thomas Le Reun and Benjamin Favier and Michael Le Bars},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.08815},
year = {2018}
}
备注
Accepted for publication in Journal of Fluid Mechanics, 27 pages, 21 figures