正压 beta 平面湍流中弱射流的统计态动力学
大气与海洋物理
2019-03-21 v3 斑图形成与孤子
流体动力学
摘要
在正压设置中，纬向射流通过均匀湍流状态的流动形成不稳定性（“纬向形成不稳定性”）从均匀湍流中产生，这种不稳定性随着湍流强度的增加而发生。这已通过在二阶闭合的统计态动力学 (SSD) 框架下得到证明。此外，研究表明对于小超临界性，流动形成不稳定性遵循 Ginzburg-Landau (G-L) 动力学。本文利用 SSD 框架研究这种流动形成不稳定性在小超临界性下的平衡。首先，我们在大范围参数下将弱非线性 G-L 动力学预测与二阶闭合的完全非线性 SSD 动力学进行比较。揭示了一个与 G-L 分支不连续相连的新的射流平衡分支。在弱超临界性下，与 G-L 分支的射流相比，该新分支涉及具有更大振幅的射流。此外，相对于线性流动形成不稳定性，该新分支即使在亚临界值下也继续存在。因此，揭示了均匀湍流中的一种新的非线性流动形成不稳定性。其次，我们研究了线性流动形成不稳定性和新型非线性流动形成不稳定性是如何达到平衡的。我们识别了射流平衡背后的物理过程以及在各个过程中做出贡献的涡旋类型。第三，我们提出了对 G-L 动力学扩散系数的修改，该修改能够捕捉线性流动形成不稳定性在边缘尺度以外的尺度下弱射流的不对称演化（边带不稳定性）。
引用
@article{arxiv.1708.03031,
title = {Statistical state dynamics of weak jets in barotropic beta-plane turbulence},
author = {Nikolaos A. Bakas and Navid C. Constantinou and Petros J. Ioannou},
journal= {arXiv preprint arXiv:1708.03031},
year = {2019}
}
备注
27 pages, 17 figures