浅水磁流体动力学湍流中大规模结构形成的统计状态动力学
流体动力学
2026-03-10 v1
摘要
纬向射流（ZJ）是在恒星和行星大气中从背景湍流态自发涌现的显著相干结构。尽管从尺度较小的流体动力学湍流中形成并维持相干射流已有充分记录，但这种现象背后的机制仍存在争议。地球极地急流和赤道平流层准两年振荡的动力学已分别使用应用于中纬度 β 平面和赤道分层湍流的统计状态动力学（SSD）框架得到解析解释（Farrell & Ioannou 2003）。将 SSD 扩展到赤道 β 平面的浅水方程，为木星射流的动力学提供了相应的理论（Farrell & Ioannou 2009）。然而，洛伦兹力对在行星和恒星湍流中观察到的大量相干结构动力学的影响，促使将相干结构形成的 SSD 分析进一步扩展到磁流体动力学（MHD）湍流。在这项工作中，我们将 SSD 框架应用于浅水 MHD 湍流，以研究涉及雷诺应力和麦克斯韦应力的相干结构动力学。扰动和非线性平衡 SSD 解揭示了纬向射流-环向场结构（ZJTFS）的形成和统计平衡，具有不动点和随时间变化的振荡行为，这对于理解 MHD 湍流中的相干结构形成具有重要意义，包括诸如太阳超自转之类的稳态射流和诸如 22 年太阳周期之类的时变现象。
引用
@article{arxiv.2603.07669,
title = {Statistical State Dynamics of Large-Scale Structure Formation in Shallow Water Magnetohydrodynamic Turbulence},
author = {Eojin Kim and Brian F. Farrell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.07669},
year = {2026}
}