椭圆不稳定性与对流的相互作用

椭圆不稳定性是椭圆流线的一种不稳定性，在旋转流体体中可由大尺度潮汐流激发，并在无量纲潮汐振幅（$\epsilon$）足够大时激发惯性波。它在对流区中起作用，但在这种背景下其与湍流对流的相互作用尚未得到研究。我们进行了大量在宽盒子中的笛卡尔流体动力学模拟，以探索椭圆不稳定性和 Rayleigh-Bénard 对流的相互作用。我们发现，由椭圆不稳定性产生的地转涡主导了流场，其能量远超惯性波。此外，我们发现椭圆不稳定性可以与对流共存，但在对流足够强时会被抑制，主要是由对流驱动的大尺度涡所抑制。我们在傅里叶空间中检查了流场，使我们能够确定能量主导的频率和波数。我们发现功率主要集中在地转涡、对流不稳定波数以及沿着惯性波色散关系上，即使在非椭圆变形的对流流场中也是如此。在对流背景下检查线性增长率，我们发现对流大尺度涡抑制椭圆不稳定性的方式与椭圆不稳定性本身产生的地转涡相同。最后，对流运动在大尺度潮汐流上表现为有效粘度，提供了持续的能量转移（标度为 $\epsilon^2$）。此外，我们发现，当椭圆不稳定性的爆发起作用时，由此产生的能量转移与先前工作中发现的 $\epsilon^3$ 标度一致。