旋转球壳中热-成分对流及其相关发电机的流态
流体动力学
2021-01-27 v1 地球物理
摘要
地球与行星内部的对流及磁场生成由热梯度和成分梯度共同驱动。本文报道了在充满不可压缩双组分导电流体的快速旋转球壳中有限振幅双扩散对流与发电机作用的数值模拟。近期线性分析（Silva 等，2019，Geophys. Astrophys. Fluid Dyn.，doi:10.1080/03091929.2019.1640875）所识别的四种旋转双扩散对流流态，被发现显著存在于失稳起始之后，且其流态转变仍然突变。在半对流与指状对流流态中，特征流动速度小于热主导与成分主导的翻转流态中的速度，而除热主导流态外所有流态中的纬向流均保持微弱。成分主导的翻转对流展现出比其他所有流态明显更窄的方位角结构，而随着驱动增强，在热主导情形中差速旋转成为主导流动分量。除指状对流流态外，所有流态中均出现发电机作用。尽管发电机在半对流流态中持续存在，但其受该流态中小流动强度与极弱差速旋转的严重影响，使得极向场向环向场的转换十分困难。热主导流态中的发电机包含振荡偶极、四极与多极情形，类似于早期参数研究中已知的结果。成分主导流态中的发电机因该流态中纬向流微弱而表现出减弱的时间变化并主要保持偶极。这些结果显著增进了我们对行星核流与磁场主要驱动因素的理解。
引用
@article{arxiv.2004.12251,
title = {Regimes of thermo-compositional convection and related dynamos in rotating spherical shells},
author = {James F. Mather and Radostin D. Simitev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.12251},
year = {2021}
}
备注
Accepted to Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. on 2020-04-24; Submitted to Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. on 2019-07-16