Numerical and theoretical study of homogeneous rotating turbulence
Notice bibliographique
Résumé
The Coriolis force has a subtle, but significant impact on the dynamics of geophysical and astrophysical flows. The Rossby number, Ro, is the nondimensional parameter measuring the relative strength of the Coriolis term to the nonlinear advection terms in the equations of motion. When the rotation is strong, Ro goes to zero and three-dimensional flows are observed to two-dimensionalize. The broad aim of this work is to examine the effect of the strength of rotation on the nonlinear dynamics of turbulent homogeneous flows. Our approach is to decompose the rotating turbulent flow modes into two classes: the zero-frequency 2-dimensional (2D) modes; and the high-frequency inertial waves (3D). First, using numerical simulations of decaying turbulence over a large range of Ro we identified three regimes. The large Ro regime is similar to non-rotating, isotropic turbulence. The intermediate Ro regime shows strong 3D-to-2D energy transfers and asymmetry between cyclones (corotating) and anticyclones (couter-rotating), whereas at small Ro regime these features are much reduced. We then studied discreteness effects and constructed a kinematic model to quantify the threshold of nonlinear broadening below which the 2D-3D interactions critical to the intermediate Ro regime are not captured. These results allow for the improvement of numerical studies of rotating turbulence and refine the comparison between results obtained in finite domains and theoretical results derived in unbounded domains. Using equilibrium statistical mechanics, we examined the hypothesis of decoupling predicted in the small Ro regime. We identified a threshold time, t☆ = 2/Ro2, after which the asymptotic decoupling regime is no longer valid. Beyond t ☆, we show that the quasi-invariants of the decoupled model continue to constrain the system on the short timescales. We found that the intermediate Ro regime is also present in forced turbulence and that interactions responsible for it are nonlocal. We explain a steep slope obtained in the 2D energy spectrum by a downscale enstrophy transfer. The energy of the 2D modes is observed to accumulate in the largest scales of the domain in the long-time limit. This is reminiscent of the "condensation" observed in classical forced 2D flows and magnetohydrodynamics.
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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 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| 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 ».