Large-scale magnetic field saturation and the Elsasser number in rotating spherical dynamo models
Large-scale magnetic field saturation and the Elsasser number in rotating spherical dynamo models
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旋转球形发电机模型中的大尺度磁场饱和和 Elsasser 数
DOI：
10.1093/mnrasl/slab097
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发表时间：
2021
影响因子：
--
通讯作者：
Calkins, Michael A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Orvedahl, Ryan J;Featherstone, Nicholas A;Calkins, Michael A
用数值模拟方法研究了旋转球形发电机中大尺度(平均)磁场的产生。超过一定的阈值，我们发现平均磁场的大小几乎与系统的自转速度和浮力作用力无关。分析表明，这种饱和是由Malkus-Proctor机制引起的，在该机制中，平均动量方程的纬向分量达到了Coriolis-Lorentz力平衡。当基于大尺度磁场时，Elsasser数在饱和区接近1。结果表明，在快速旋转的发电机中，大磁场和小磁场通过不同的机制饱和，并且只有轴对称分量的磁场似乎遵循Elsasser数的标度。
Numerical simulations are used to investigate large-scale (mean) magnetic field generation in rotating spherical dynamos. Beyond a certain threshold, we find that the magnitude of the mean magnetic field becomes nearly independent of the system rotation rate and buoyancy forcing. The analysis suggests that this saturation arises from the Malkus-Proctor mechanism in which a Coriolis-Lorentz force balance is achieved in the zonal component of the mean momentum equation. When based on the large-scale magnetic field, the Elsasser number is near unity in the saturated regime. The results show that the large and small magnetic field saturate via distinct mechanisms in rapidly rotating dynamos, and that only the axisymmetric component of the magnetic field appears to follow an Elsasser number scaling.
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