开普勒流中涡旋的稳定性与非线性调整

我们研究了背景剪切开普勒流中涡旋的稳定性、非线性演化和平衡结构。我们利用了高分辨率的全局二维可压缩流体动力学模拟。我们引入了非线性调整的概念来描述不平衡涡旋场向长寿命构型的转变。我们讨论了涡旋扰动演化为长寿命持久结构的条件，并描述了这些平衡涡旋的性质。平衡涡旋的性质似乎与初始条件无关，仅取决于局部盘参数。特别是，我们发现涡旋尺寸与局部盘标高之比随着声速的降低而增加，达到远大于 1 的值。我们在先前工作中讨论过的由涡旋产生的螺旋密度波过程，似乎在非线性振幅下也保持了其效率，并且我们观察到了附着在涡旋上的激波的形成。这些激波可能对涡旋的长期演化乃至全局盘动力学产生重要影响。我们的研究加强了支持反气旋涡旋作为行星形成候选者的论点。作为可压缩开普勒流中持久涡旋固有属性的流体动力学激波，是整体平衡的重要贡献者。这些激波通过产生局部位势涡度来支持涡旋抵抗粘性耗散，并应负责持久反气旋涡旋的最终命运。数值代码必须能够分辨激波才能正确描述涡旋动力学。