On the spacing of meandering jets in the strong-stair limit
On the spacing of meandering jets in the strong-stair limit
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强楼梯极限下曲流射流间距的研究
DOI：
10.1017/jfm.2021.898
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发表时间：
2021
影响因子：
3.7
通讯作者：
Scott R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Scott R
基于准地转面湍流中强非均匀位涡混合的假设，得到了纬向曲折纬向急流的平均间距与流动总动能之间的关系。该关系适用于Rossby变形长度远小于莱茵河标度的情况，也就是动能集中在喷流核心的情况。当规则间距的射流与简单的弯道完全混合，且流动结构中的动能可以忽略不计时，理论上可以得到这个关系。不完全混合或喷流间距不均匀将导致喷流比估计的距离更远，而喷流外的显著动能将导致喷流比估计的更近。在相同的假设下，得到了总动能和势能之间的另一个关系式。在具有大尺度耗散的流动中，这两个关系式提供了一种仅基于强迫和耗散率的能量输入率的知识来预测射流间距的方法，而不考虑后者是以摩擦阻尼率还是热阻尼率的形式。与强迫系统的直接数值积分的比较表明，这些关系得到了广泛的支持，但实际和预测的射流间距之间的差异既源于射流曲折的复杂结构，也源于湍流背景和射流之间的相干涡旋中包含的不可忽略的动能。
Based on an assumption of strongly inhomogeneous potential vorticity mixing in quasi-geostrophic -plane turbulence, a relation is obtained between the mean spacing of latitudinally meandering zonal jets and the total kinetic energy of the flow. The relation applies to cases where the Rossby deformation length is much smaller than the Rhines scale, in which kinetic energy is concentrated within the jet cores. The relation can be theoretically achieved in the case of perfect mixing between regularly spaced jets with simple meanders, and of negligible kinetic energy in flow structures other than in jets. Incomplete mixing or unevenly spaced jets will result in jets being more widely separated than the estimate, while significant kinetic energy outside the jets will result in jets closer than the estimate. An additional relation, valid under the same assumptions, is obtained between the total kinetic and potential energies. In flows with large-scale dissipation, the two relations provide a means to predict the jet spacing based only on knowledge of the energy input rate of the forcing and dissipation rate, regardless of whether the latter takes the form of frictional or thermal damping. Comparison with direct numerical integrations of the forced system shows broad support for the relations, but differences between the actual and predicted jet spacings arise both from the complex structure of jet meanders and the non-negligible kinetic energy contained in the turbulent background and in coherent vortices lying between the jets.
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