物理学。修订稿。122，074502（2019）-罕见事件算法将湍流中的过渡与活化核联系起来

罕见事件算法将湍流中的转捩与活化核联系起来

Freddy Bouchet、Joran Rolland和Eric Simonnet

物理学。修订稿。122，074502–2019年2月22日出版

摘要

许多湍流发生剧烈和突然的形态变化，造成巨大影响。作为一个范例，我们研究了大气动力学正压β平面模型中喷流动力学的多稳定性。它被认为是木星对流层动力学的伊辛模型。使用自适应多级分裂（一种罕见事件算法），我们能够获得过渡路径的大量统计信息，即从系统的一种状态到另一种状态的极为罕见的过渡。这种新方法为解决直接数值模拟无法解决的一系列问题开辟了道路。在真实湍流的数值模拟中，我们首次证明了过渡路径的浓度接近瞬时。我们证明了这种转变是一种噪声激活的涡度带核。我们首次讨论了湍流中阿伦尼乌斯定律的存在性。我们开发的方法对于研究与气候、地球物理、天体物理和工程应用的湍流动力学的剧烈变化有关的许多其他转变将是有用的。这开辟了迄今为止不可能的新的研究领域，并将湍流现象引入非平衡统计力学领域。