具有熔化边界的旋转对流：对冰卫星的应用

为更好地表征冰卫星的水洋，需更深入地理解冰-海洋之间的耦合机制。本文采用球面几何中的全局数值模拟，研究了旋转对流与熔化边界之间的相互作用。为此，我们在开源代码 \texttt{MagIC} 中实现并验证了相场公式。我们进行了参数研究，考察了旋转、对流强度以及熔化温度的影响。我们发现，随着旋转约束对流流动的影响增强，均匀轴对称冰壳的厚度从极地向赤道方向逐渐变薄，呈现出类似以往单相模型中所发现的不同 régimes。通过推导冰层中导热的扰动模型，我们将这些平均地形变化与海洋上方纬向热通量变化相联系。相变还导致在固-液界面上形成规模较大的非轴对称地形，其特征尺寸接近对流柱的尺寸。我们发现，界面典型演化时间随岬峰-谷差幅的线性增长，以及平均熔化半径的平方增长。对于最大地形变化的情况， convective 流动因与冰熔化之间的协同作用而趋于与地形锁定。对行星尺度的推测表明，Enceladus 冰层下非轴对称地形的�幅为 $\mathcal{O}(10^2-10^3)$ 米，Titan 为 $\mathcal{O}(10^3-10^4)$ 米。