准地转和锋面区平行尾迹流的稳定性

最近的实验室实验[G.Perret、A.Stegner、M.Farge和T.Pichon，物理学。流体 18，036603(2006)]研究表明，在旋转浅水层中拖曳圆柱尾迹形成的涡-列可能表现出强烈的气旋-反气旋不对称性。在极端情况下，仅在远尾流中观察到大规模反气旋。当罗斯比数较小而表面偏差较大时，这种不对称性发生在所谓的锋面区域。这种不对称性可能有各种原因，尤其可能归因于绕圆柱流动的不对称性、尾流的线性稳定性或其非线性演化。为了区分这些机制，我们研究了准地转和锋面两种理想平行流的稳定性。这些平行流对应于在圆柱体后面测得的两个速度剖面，该区域的扰动可以忽略不计。根据我们的线性稳定性分析，无论基流剖面是否对称，锋面区最不稳定的模式都位于反气旋剪切区。因此，在线性基础上，施加不对称性的不稳定性大于基流。对合成平行尾迹流的直接数值模拟表明，非线性加剧了线性选择的反气旋模式的优势。通过数值研究空间小扰动的时空演化，我们表明，与不可压缩二维尾迹流和准地转区的对称尾迹不同，平行非对称尾迹在锋面区是强对流不稳定的，而不是绝对不稳定的。当地表变形变大时，尾流不稳定性由准营养状态的绝对不稳定性变为锋面状态的强对流不稳定性。这很好地解释了这些变化。