Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2408.07837v1

帮助 | 高级搜索

物理学 > 地球物理

arXiv:2408.07837v1 (physics)
[提交于 2024年8月14日 ]

标题: 地球 tangent cylinder 实验模型中的旋转对流模式

标题: Regimes of rotating convection in an experimental model of the Earth's tangent cylinder

Authors:Rishav Agrawal, Martin Holdsworth, Alban Pothérat
摘要: 地球的快速旋转施加了泰勒-普劳德曼约束,该约束阻碍了流体穿过称为切线圆柱体(TC)的想象圆柱面的运动,该圆柱体是通过沿旋转方向延伸固态内核的赤道周长并延伸到地核-地幔边界(CMB)而获得的。然而到目前为止,这一边界的影响力尚不清楚,这阻碍了我们对地核极地区域流动的理解。我们实验再现了TC的几何结构,其中CMB被建模为一个冷的圆柱形容器,内部有一个热的圆柱体作为固态内核。容器中装有水,以便在与地球相似的关键性和旋转约束条件下,光学映射速度场。我们发现,主要的新机制来自于容器冷侧边界附近的位势梯度,它在TC外边界驱动惯性,就像地球地核赤道区域的对流一样。TC外部的位势梯度抑制了固体圆柱体中发现的经典壁模式,而那里的惯性导致TPC在TC边界处早期破裂。即使在临界性$\Rt=191$时,流动仍主要由科里奥利力主导,但由于TC边界附近的惯性,地转湍流出现的临界性比其他情况下要低得多。随着TPC变弱,热量通过TC边界逸出越来越多。因此,由TC外部位势梯度驱动的惯性提供了一种便捷的途径来达到地转湍流,这在实验中通常难以实现。这些结果还强调了一个过程,即TC外部的对流可能控制其内部的湍流并绕过轴向热传递。最后,我们讨论了地球的条件,特别是其磁场如何改变这一过程在地球地核内的作用。
摘要: Earth's fast rotation imposes the Taylor-Proudman Constraint that opposes fluid motion across an imaginary cylindrical surface called the Tangent Cylinder (TC) obtained by extruding the equatorial perimeter of the solid inner core along the rotation direction, and up to the core-mantle boundary (CMB). To date however, the influence of this boundary is unknown and this impedes our understanding of the flow in the polar regions of the core. We reproduce the TC geometry experimentally, where the CMB is modelled as a cold, cylindrical vessel, with a hot cylinder inside it acting as the inner solid core. The vessel is filled with water so as to optically map the velocity field in regimes of criticality and rotational constraint consistent with those of the Earth. We find that the main new mechanism arises out of the baroclinicity near the cold lateral boundary of the vessel, which drives inertia at the outer boundary of the TC, as convection in the equatorial regions of the Earth's core does. The baroclinicity just outside the TC suppresses the classical wall modes found in solid cylinder and the inertia there causes an early breakup of the TPC at the TC boundary. The flow remains dominated by the Coriolis force even up to criticality $\Rt=191$, but because of inertia near the TC boundary, geostrophic turbulence appears at much lower criticality than in other settings. The heat flux escapes increasingly through the TC boundary as the TPC becomes weaker. Hence inertia driven by baroclinicity outside the TC provides a convenient shortcut to geostrophic turbulence, which is otherwise difficult to reach in experiments. These results also highlight a process whereby the convection outside the TC may control turbulence inside it and bypass the axial heat transfer. We finally discuss how Earth's conditions, especially its magnetic field may change how this process acts within the Earth's core.
评论: 21页,13图
主题: 地球物理 (physics.geo-ph) ; 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2408.07837 [physics.geo-ph]
  (或者 arXiv:2408.07837v1 [physics.geo-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.07837
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Rishav Agrawal [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 8 月 14 日 22:22:44 UTC (29,265 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
physics.geo-ph
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2024-08
切换浏览方式为:
physics
physics.flu-dyn

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号