盐指阶梯流与三组分 Phillips 效应

理解盐指对流中阶梯流的动力学一直是流体动力学研究者面临的一项长期理论挑战。尽管已取得显著进展，特别是通过数值模拟，但对于阶梯流形成背后的驱动机制仍存在多种相互矛盾的理论解释。Phillips 效应提出，受搅拌的分层流中的成层现象是由反扩散过程引起的，并且已有研究指出该机制可能也是盐指阶梯流的成因。然而，这一过程的细节，以及用于预测阶梯流演化与合并动力学的数学模型，尚待发展。我们将 Phillips 效应的理论推广到三组分系统（例如温度、盐度、能量），并提出了首个基于混合长参数化的成层正则化非线性模型。该模型预测了成层的起始及其通过合并实现的长期演化，同时推广并保持了先前基于通量比的双扩散成层结果的一致性。我们的盐指模型采用空间平均过程构建，并通过以动能以及盐度和温度梯度参数化的混合长进行封闭。模型预测在盐指 regime 中某一有界参数值范围内存在成层不稳定性。非线性解表明，初始不稳定的线性浮力梯度会发展成层，并通过较强界面以牺牲较弱界面为代价生长的方式发生合并。合并增大了跨界面的浮力梯度，并提高了穿过阶梯流的浮力通量。