旋转流体中平面惯性波的稳定性

惯性波在旋转流体中传递能量和动量，是地球海洋、气体行星和恒星内部混合和潮汐耗散的主要贡献者。然而，其稳定性和破坏机制尚不完全了解。我们使用 Floquet 理论和直接数值模拟研究了有限幅度的平面惯性波的线性稳定性和非线性破坏。Floquet 分析是对先前研究的推广，其对任意扰动波数和主波幅值都有效。我们发现，最不稳定扰动的波数方向强烈取决于波频率，轻微取决于波幅值。对于低波幅值，最不稳定扰动的波长相对于主波波长较小，但对于大波幅值则相当。随后，我们使用直接数值模拟跟随波的非线性破坏，检查波能量是如何在向前级联中耗散还是积累到持久的大气模式中。数值模拟揭示，转化效率随波幅值增加而增加，正如预期的通过接近共振的三模相互作用泵送大气模式所致。我们也发现，转化效率随主波频率减小而增加，这可能是由于准二维波更有效地与大气模式耦合所致。这些关于单个平面惯性波稳定性和破坏的结果为理解旋转湍流中惯性波的作用、惯性波束的传输性质以及带有磁场或剪切流动力学环境中的惯性波传播提供了额外的基础。