A study on the formation mechanism of zonal flows in two-dimensional turbulence on a rotating sphere through comparison with those on a beta plane

旋转球面上二维湍流层流形成机制与β平面对比研究

基本信息

批准号：
21K03352
负责人：
小布施祈織
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

回転球面上における流れ場の時間発展はロスビー波のダイナミクスで語ることができる。帯状流に対応するロスビー波は球面調和関数Y_n^0と対応が付くものであるが, その中でも特にnが奇数の球面調和関数に対応するものだけが発達し, nが偶数のロスビー波へのエネルギー蓄積は起きないことが知られている。当該研究課題ではこのことを帯状流形成メカニズム解明のための足掛かりであると考え, まず, ロスビー波の非線形相互作用の相互作用係数を計算することにより, nの偶奇による差の発生源について調べた。さらにそこで得た結果を踏まえ, 流れ場データを用いた，非線形相互作用によるエネルギー輸送を詳細に調べた。下記が現在得られている結果である。・支配方程式における非線形項の形そのものだけでは, 帯状ロスビー波の発達に関してnの偶奇による差は生じない。・帯状ロスビー波の発達におけるn の偶奇による差は流れ場全体の状態に大きく依存する。 (おそらく)任意の初期状態からの時間発展において, nが奇数の帯状ロスビー波が発達できる条件を満たした背景流れ場がまず形成され, 維持される。・nが偶数のロスビー波へのエネルギー蓄積は起きないが, これらの波もエネルギー輸送には関与しており, エネルギー輸送の時間積分の結果がゼロになっているだけである。これらは主に背景流の調整にかかわっていると予想される。・周極流を形成する直接的な要因は非局所エネルギー輸送である。・周極流を形成する直接的要因は非線形相互作用は近共鳴相互作用である可能性が高い。

旋转球上流场的时间演变可以通过Rossby波的动力学来解释。与带状电流相对应的rossby波对应于球形谐波函数y_n^0，众所周知，只有n n的零件与球形谐波函数的奇数相对应，并且该能量积累在Rossby波中，均不会发生均匀数。该研究主题认为这是阐明纬向流形成机理的垫脚石，首先是通过计算罗斯比波（Rossby Wave）非线性相互作用的相互作用系数，我们研究了由于n的几率，我们研究了差异的来源。此外，根据那里获得的结果，我们详细研究了使用流场数据由非线性相互作用引起的能量传输。当前可用的结果是： - 仅管理方程中的非线性项的形式并没有导致差异n在区域rossby波的发展中。 - n层rossby波发育中N偶发性的差异在很大程度上取决于整体流场的状态。在从（可能）任何初始状态的时间演变中，首先形成和维护n可以开发n可以开发n个奇数n数字的Zonal Rossby波的条件的背景流场。 - 没有发生n的rossby波中的能量积累，但这些波也参与了能量传输，并且能量传输的时间整合的结果仅为零。这些预计将主要参与调整背景流。 •形成周围极流的直接因子是非本地能量传输。 - 非线性相互作用可能是形成外围极流的直接因素，可能是近乎共鸣的相互作用。