正压β平面湍流中喷流与波动共存的统计态动力学

在行星大气湍流中，喷流与行星尺度波共存。这些结构的相干分量源于相干结构与嵌入其中的非相干小尺度湍流之间的协同相互作用。因此，理解喷流与行星尺度波动力学的理论需要采用统计态动力学（SSD）的视角，该动力学包含湍流态中相干与非相干分量之间相互作用的动力学。本工作中，采用 SSD 的正压 beta 平面湍流 S3T 实现来发展喷流/波动共存机制的理论，方法是将由纬向喷流及所选大尺度波组成的相干运动与构成非相干分量的较小尺度运动分离。研究发现，平均流/湍流相互作用以协同方式产生与大尺度相干波共存的喷流。在层流喷流中仅作为阻尼模态存在的大尺度波，通过与非相干小尺度湍流相互作用被转化为指数增长波，这导致模态结构改变，使模态能够获取平均喷流的能量。这种失稳机制有本质不同，并补充了更为熟悉的 S3T 失稳（其中喷流和波源于均匀湍流，能量源仅来自非相干涡场），从而为进一步理解行星湍流中喷流/波动共存机制的协同动力学提供了见解。