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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03352/
• 关键词: 回転球面; 非圧縮性流れ; 2次元流; 帯状流; ロスビー波; 非線形相互作用; β平面; 非圧縮性流体; 2次元乱流; 帯状流形成; リャプノフ解析; 乱流; 2次元

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。

Back to planning sphere に お け る れ field の time 発 exhibition は ロ ス ビ ー wave の ダ イ ナ ミ ク ス で language る こ と が で き る. 帯 flow に 応 seaborne す る ロ ス ビ ー は spherical harmonic wave number of masato Y_n ^ 0 と 応 seaborne が pay く も の で あ る が, そ の in で も, に n が odd number の spherical harmonic masato に 応 seaborne す る も の だ け が 発 し, n が even の ロ ス ビ ー wave へ の エ ネ ル ギ ー accumulation は up き な い こ と が know ら れ て い る. As the study subject で は こ の こ と を 帯 flow form メ カ ニ ズ ム interpret の た め の foot hanging か り で あ る と え, ま ず, ロ ス ビ ー wave の nonlinear を の interaction coefficient calculation す る こ と に よ り, n の even odd に よ る poor の 発 students に つ い て adjustable べ た. Have his さ ら に そ こ で た を tread ま え, れ field デ ー タ を with い た, nonlinear interaction に よ る エ ネ ル ギ ー conveying を detailed に adjustable べ た. The following records が. Now we get られて る る result である. , control equations に お け る の nonlinear item form そ の も の だ け で は, 帯 shape ロ ス ビ ー wave の 発 da に masato し て n の even odd に よ る born poor は じ な い. The band-shaped ロスビ ロスビ wave <s:1> occurs におけるn <s:1> even and odd による difference <s:1> flow れ the overall <s:1> state of the れ field に is large <s:1> く く dependent する. (お そ ら く) any の initial state か ら の time 発 exhibition に お い て, n が odd の 帯 shape ロ ス ビ ー wave が 発 da で き を る conditions against た し た れ background flow field が ま ず form さ れ, maintain さ れ る. N. が even の ロ ス ビ ー wave へ の エ ネ ル ギ ー accumulation は up き な い が, こ れ ら の wave も エ ネ ル ギ ー conveying に は masato and し て お り, エ ネ ル ギ ー conveying の time integral の results が ゼ ロ に な っ て い る だ け で あ る. <s:1> れら the main に background flow <s:1> adjusts に わって ると ると ると to される. The circumpolar current を forms する, and the direct な is mainly transported by を non-local エネ, ギ, and である. The direct factor for the formation of する by the circumpolar current を is the <s:1> non-linear interaction <e:1>, and the possibility of the near-resonant interaction である is が high を.

项目成果

回転球面上2次元乱流における大規模構造形成とロスビー波非線形相互作用

旋转球体二维湍流中的大尺度结构形成与罗斯贝波非线性相互作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshiho Akagawa;Elliott Ginder;Syota Koide;Seiro Omata;Karel Svadlenka;小布施祈織
• 通讯作者: 小布施祈織

Spherical and β-plane approximation models for two-dimensional turbulence on a rotating sphere

旋转球体上二维湍流的球面和 β 平面近似模型

• 发表时间: 2021
• 作者: Kiori Obuse

回転球面とβ平面上2次元乱流のリャプノフ解析による比較

使用 Lyapunov 分析比较旋转球体和 β 平面上的二维湍流

• 发表时间: 2022
• 作者: 原翔一郎;小布施祈織
• 通讯作者: 小布施祈織

回転球面上２次元乱流におけるロスビー波間非線形相互作用と東西流形成

旋转球体二维湍流中罗斯贝波与东西向流形成的非线性相互作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 萩森祐介;小布施祈織
• 通讯作者: 小布施祈織

回転球面上 2 次元乱流における大規模構造形成とロスビー波間非線形相互作用

旋转球体二维湍流中罗斯贝波的大尺度结构形成与非线性相互作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 小布施祈織;萩森祐介
• 通讯作者: 萩森祐介