Spectral non-locality, absolute equilibria and Kraichnan–Leith–Batchelor phenomenology in two-dimensional turbulent energy cascades
Notice bibliographique
Résumé
Abstract We study the degree to which Kraichnan–Leith–Batchelor (KLB) phenomenology describes two-dimensional energy cascades in $\alpha $ turbulence, governed by $\partial \theta / \partial t+ J(\psi , \theta )= \nu {\nabla }^{2} \theta + f$ , where $\theta = {(- \Delta )}^{\alpha / 2} \psi $ is generalized vorticity, and $\hat {\psi } (\boldsymbol{k})= {k}^{- \alpha } \hat {\theta } (\boldsymbol{k})$ in Fourier space. These models differ in spectral non-locality, and include surface quasigeostrophic flow ( $\alpha = 1$ ), regular two-dimensional flow ( $\alpha = 2$ ) and rotating shallow flow ( $\alpha = 3$ ), which is the isotropic limit of a mantle convection model. We re-examine arguments for dual inverse energy and direct enstrophy cascades, including Fjørtoft analysis, which we extend to general $\alpha $ , and point out their limitations. Using an $\alpha $ -dependent eddy-damped quasinormal Markovian (EDQNM) closure, we seek self-similar inertial range solutions and study their characteristics. Our present focus is not on coherent structures, which the EDQNM filters out, but on any self-similar and approximately Gaussian turbulent component that may exist in the flow and be described by KLB phenomenology. For this, the EDQNM is an appropriate tool. Non-local triads contribute increasingly to the energy flux as $\alpha $ increases. More importantly, the energy cascade is downscale in the self-similar inertial range for $2. 5\lt \alpha \lt 10$ . At $\alpha = 2. 5$ and $\alpha = 10$ , the KLB spectra correspond, respectively, to enstrophy and energy equipartition, and the triad energy transfers and flux vanish identically. Eddy turnover time and strain rate arguments suggest the inverse energy cascade should obey KLB phenomenology and be self-similar for $\alpha \lt 4$ . However, downscale energy flux in the EDQNM self-similar inertial range for $\alpha \gt 2. 5$ leads us to predict that any inverse cascade for $\alpha \geq 2. 5$ will not exhibit KLB phenomenology, and specifically the KLB energy spectrum. Numerical simulations confirm this: the inverse cascade energy spectrum for $\alpha \geq 2. 5$ is significantly steeper than the KLB prediction, while for $\alpha \lt 2. 5$ we obtain the KLB spectrum.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».