旋转和分层流中的受限平衡与能量级联
流体动力学
2015-09-11 v1 统计力学
大气与海洋物理
摘要
自然界中出现的大多数湍流（例如地球物理和天体物理流）都受到强旋转和分层的影响。这些效应破坏了经典均匀各向同性湍流的对称性。在此过程中，它们引入了相空间在波模和位势涡度模方面的自然分解。除了涡旋翻转时间外，与波传播相关的新时间尺度的出现，增加了不同尺度间能量传递的复杂性；非线性相互作用波可能在某些尺度占主导，而平衡运动可能在其他尺度占优。最终，很难先验地预测能量是像均匀各向同性湍流那样向小尺度级联，还是像平衡动力学预期的那样向大尺度级联，亦或是遵循其他现象学。在本文中，我们提出了一种基于理想系统平衡统计力学的理论方法，该方法受亚稳态研究中引入的受限配分函数形式体系的启发。在此框架下，我们解析地表明，在存在旋转的情况下，当动力学局限于慢模时，平衡能谱呈现出逆级联 regime 特有的红外发散，而纯分层流则不然。
引用
@article{arxiv.1401.2103,
title = {Restricted Equilibrium and the Energy Cascade in Rotating and Stratified Flows},
author = {Corentin Herbert and Annick Pouquet and Raffaele Marino},
journal= {arXiv preprint arXiv:1401.2103},
year = {2015}
}