太阳/星际内部惯性波发生与动力学演化的数值模拟

惯性模式已通过日行测量在太阳中检测到，但其起源、演化及其在太阳等离子体和磁场动力学中的作用仍鲜为人知。本研究采用全局数值模拟来探讨惯性模式在太阳和星体内部的激发机制和动力学后果。我们首先通过分析刚性旋转球体上扭模和斑斜模扰动的演化来验证数值设置。结果表明，给定模式的扰动可激发沿罗斯博频关系中波数更小和更大的相邻模式。随后，我们采用物理动机的强迫施加不同剪切幅度的差分旋转，检验惯性模式的自发发生和非线性演化。模拟结果显示，速度扰动的生长主要由 baroclinic 不稳定引起，导致以逆向极地涡旋形式出现在高纬度的惯性模式，其性质取决于施加的剪切。赤道罗斯博模式也被激发，但强度低于高纬度模式。具有任意方位角波数的扰动导致所有可用波数激发罗斯博模式，由直接能量级联和逆能量级联维持。在剪切更强的模拟中，高纬度模式产生的雷诺应力能够修改施加的差分旋转并加速极地的旋转。