基于统计状态动力学的土星北极喷流形成与平衡理论

具有流动大部分动能的相干喷流在大气湍流中很常见。在气态行星上，这些喷流由小尺度对流激发的非相干湍流维持。大尺度相干波有时被观察到与喷流共存；一个突出的例子是土星的六边形北极喷流（NPJ）。负责形成并维持这种湍流态的机制仍不清楚。湍流的相干行星尺度分量通过与非相干小尺度湍流分量的相互作用而出现并维持。通过采用统计状态动力学（SSD）模型，获得了关于喷流/波/湍流共存态动力学的理论理解。此处，使用两层β平面SSD的二阶闭合实现来发展一个解释NPJ结构与动力学的理论。在弱喷流阻尼极限下对SSD平衡的渐近分析预测了一个与NPJ观测相符的普适喷流结构。该渐近理论还预测了显著喷流扰动的波数（六）。利用该模型对喷流/波/湍流态动力学进行分析揭示，喷流形成受β的有效值控制；获得了与观测对应所需的该参数值。由于这是一个稳健的预测，它被视为对NPJ下方深的向极倾斜稳定层的间接观测。所需的斜率由NPJ结构观测获得，维持喷流所需的小尺度湍流激发同样如此。随后该理论预测了观测到的喷流结构以及波六扰动。该波被识别为平衡喷流的最不稳定模态，并显示出主要负责将喷流平衡至观测到的结构与振幅。