The inherent instability of axisymmetric magnetostrophic dynamo models
The inherent instability of axisymmetric magnetostrophic dynamo models
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轴对称磁致电机模型的固有不稳定性
DOI：
10.1080/03091929.2022.2148666
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发表时间：
2022
影响因子：
1.3
通讯作者：
Hardy C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hardy C
最近的研究表明，磁旋发电机模型，它描述了地球磁场的缓慢演变的背景状态时，惯性和粘度可以忽略不计的可能性。在这里，我们探讨的性质，稳定的磁致旋状态作为一个领先的顺序近似地球的核心内的缓慢动态。对于由α效应驱动的轴对称磁旋系统，我们证实了四个已知的定态的存在：±Bd，±Bq，其中Bd是纯偶极的，Bq是纯四极的.重要的是，在这里，我们表明，在所有情况下，但最弱的驱动情况下，初始磁场，不是纯粹的偶极或四极永远不会收敛到这些国家。尽管这种不稳定性，我们也表明，有大量的瞬时解是准稳定的，但仍然不稳定。如果地球核心的动力学是由强烈驱动的α效应合理地模拟的，这项工作表明背景状态永远不可能是稳定的。我们讨论的困难，比较我们的磁旋模型与地磁时间序列。
Recent studies have demonstrated the possibility of constructing magnetostrophic dynamo models, which describe the slowly evolving background state of Earth's magnetic field when inertia and viscosity are negligible. Here we explore the properties of steady, stable magnetostrophic states as a leading order approximation to the slow dynamics within Earth's core. For the case of an axisymmetric magnetostrophic system driven by a prescribedα-effect, we confirmed the existence of four known steady states: ±Bd, ±Bq, where Bd is purely dipolar and Bq is purely quadrupolar. Importantly, here we show that in all but the most weakly driven cases, an initial magnetic field that is not purely dipolar or quadrapolar never converges to these states. Despite this instability, we also show that there are a plethora of instantaneous solutions that are quasi-steady, but nevertheless unstable. If the dynamics in Earth's core are reasonably modelled by a strongly drivenα-effect, this work suggests that the background state can never be steady. We discuss the difficulties in comparing our magnetostrophic models with geomagnetic timeseries.
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