大理查森数下的分层剪切流不稳定性

在Boussinesq极限下，对分层剪切流不稳定性进行了二维数值模拟。密度变化长度尺度被选为速度变化长度尺度的四分之一，因此根据全局理查森数Ri的选择，会出现Holmboe或Kelvin-Helmholtz不稳定模态。研究了三个不同的Ri值：Ri=0.2、2、20。由于不同的模态，这三个值下的流动都是不稳定的：Ri=0.2时为Kelvin-Helmholtz模态，Ri=2时为第一Holmboe模态，Ri=20时为第二Holmboe模态——后者是最近发现的，并且这是首次在非线性阶段对其进行研究。研究发现，第二Holmboe模态在非线性阶段的扰动速度振幅小于但可与第一Holmboe模态相比。然而，第二Holmboe模态引起的势能增加大于第一模态。Kelvin-Helmholtz模态的动能比Holmboe模态大两个数量级，势能大约比Holmboe模态大十倍。本文的结果表明，尽管在大理查森数下混合受到抑制，但并非可以忽略，因此在强分层环境中不能排除湍流混合过程。