气态球壳中的弱非Boussinesq对流

我们通过使用Boussinesq形式体系运行3D直接数值模拟，研究了球壳中弱可压缩对流的动力学[1]。出于对天体物理学问题的考虑，我们假设存在有限的绝热温度梯度 $\nabla T_{\rm{ad}}$，并对温度使用混合边界条件：内边界固定热流，外边界固定温度。这种设置本质上比平行板间固定温度边界条件下液体中标准的Rayleigh-B\'{e}nard对流情形更具不对称性。存在显著不对称性的条件可导致对流性质的剧烈变化，我们在此证明了情况确实如此。流动可能变为由压力而非浮力主导，导致上升流产生反常热传输。与直觉相反的是，背景温度梯度 $\nabla\bar{T}$ 可以发展出一个亚绝热层（其中 $\boldsymbol{g}\cdot\nabla\bar{T}<\boldsymbol{g}\cdot\nabla T_{\rm{ad}}$，$\boldsymbol{g}$ 为重力），尽管对流在整个球壳的每一点都保持剧烈。这表明了高度的非局部性。