部分分层快速旋转球壳中的穿透对流

天体内部存在对流区与稳定分层区之间的界面。两者之间的相互作用，例如热、物质或角动量的传输，取决于流动是否以及如何穿透进入稳定层。由不稳定对流区驱动，径向流动可凭借其惯性（ overshooting，超射）刺入稳定区。在快速旋转系统中，动力学受科里奥利力强烈影响，且由于柱对流的地转不变性，即便在惯性趋于零的极限下，径向流动仍能穿透进入分层区。在本研究中，我们通过数值模拟考察上述两种机制，从而探究快速旋转球壳中穿透对流的本质。研究涵盖广泛的系统参数，例如分层强度相对于科里奥利力或惯性的比值。以土星为应用背景，我们建模了一个夹在两个对流区之间的稳定分层层（SSL）。对SSL边界处对流流动阻尼行为的综合分析表明，平均穿透深度由分层与非分层浮力梯度之比控制，因此与旋转无关。我们推导了一个标度律，表明穿透深度随去稳定与稳定熵梯度之比的平方根而减小。然而，科里奥利力的影响通过对穿透深度沿纬度的调制而显现，因为对流柱在垂直方向被拉长，从而主要在中纬度和切向圆柱外部刺入SSL。我们的结果还表明，穿透深度随流动长度尺度线性减小（低通滤波），证实了旋转部分分层对流线性理论的预测。