Three-dimensional surface convection simulations of metal-poor stars -- The effect of scattering on the photospheric temperature stratification
贫金属晚型恒星的三维辐射流体动力学模型大气层的特点是上层光球层温度比一维低。3D模型的这一特性可以显著影响从温度敏感谱线导出的元素丰度。我们调查是否可以归因于在辐射转移散射的近似处理的金属贫3D模型预测的冷表面温度。我们使用的彩虹代码测试三种不同的方法来处理散射的3D模型大气中的贫金属恒星。首先，我们自洽地求解含有相干散射项的源函数的辐射转移方程。其次，我们解决了辐射转移方程的普朗克源函数，忽略连续散射消光的光学薄层的贡献，这一直是默认模式，在我们以前的模型。第三，我们将散射视为处处的纯吸收，这是CO 5 BOLD模型中的标准情况。我们发现，第二种方法产生的温度结构与冷上层光球层非常相似的正确的相干散射解决方案。相比之下，将散射视为纯吸收会导致明显更热和更浅的温度分层。我们公布的模型和CO 5 BOLD代码生成的模型之间的温度结构的主要差异可以追溯到散射的不同处理。忽略光学薄层中连续散射对消光的贡献，为贫金属恒星的完整辐射转移解提供了一个很好的近似。我们的研究结果表明，我们以前的模型预测的金属贫晚型恒星大气的冷温度分层是不是一个工件的近似处理的散射。
2011-01-17 astro-ph.SR
Generation of shear flows and vortices in rotating anelastic convection
我们考虑层结的影响，系统的，大规模的非弹性对流产生的流动。我们提出的结果从三维数值模拟对流在旋转的平面层中的旋转轴和重力之间的角度是允许变化的。该模型代表了球体的不同纬度。我们考虑两种不同的参数制度：（i）弱旋转和（ii）快速旋转。在每一种情况下，我们研究的效果分层的流动结构和热传输特性集中在Boussinesq和滞弹性对流之间的差异。此外，我们表明，制度（一）和（二）产生非常不同的大规模流动，我们调查的作用分层在修改这些流量。分层流具有净螺旋度不存在于Boussinesq的情况下，我们建议，当结合自生剪切流，可能是重要的发电机行动。
2020-06-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent convection in stellar interiors. III. Mean-field analysis and stratification effects
我们提出了三维隐式大涡模拟（ILES）的湍流对流在信封的5 Msun红巨星和氧燃烧壳的23 Msun超新星的祖先。数值模型在一维雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程的框架下进行了分析。在红巨星模型中，由于对流区的层结较大，压力波动的影响更为重要。我们展示了这如何影响平均场方程中的不同项。我们澄清了驱动源的动能，并表明，湍流耗散率是可比的对流光度。虽然我们的流动具有低的马赫数和接近绝热，我们的分析是一般的，可以应用到光球对流以及。我们的湍流对流分析的鲁棒性支持的线性网格分辨率的平均场平衡的不敏感性。我们发现氧燃烧壳模型中湍流对流区和稳定层的结果很稳健，红巨星模型中到处都有稳健的结果，但平均场在氧燃烧壳模型中的狭窄边界区域（包含陡梯度）没有很好地收敛。模型。最后一个结果说明了对流边界处未解决的物理问题的重要性，它决定了那里的混合。
2013-03-13 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
On the hydrostatic stratification of the solar tachocline
我们提出了一种尝试，以调和太阳速跃层故障，一个薄层的对流区，其中地震推断的太阳声速超过相应的值在标准的太阳模型，与一定程度的部分材料混合，我们推测已导致对流过冲，波运输和速跃层环流的组合。我们首先总结的影响，无论是修改模型中的辐射内部的不透明度，或将缓慢或快速速跃层循环。没有一个是单独成功的。然后，我们认为，没有物理上的理由，不完整的材料重新分布下的对流区，这是足够慢，不扰乱辐射平衡。它被简单地模拟为一个扩散过程。我们发现，结合适当的不透明度修改，有可能找到一个密度相关的扩散系数，几乎完全消除了毛刺，与地震学一致的辐射包络。
2018-03-23 astro-ph.SR
A more realistic representation of overshoot at the base of the solar convective envelope as seen by helioseismology
太阳对流层底部附近的层结是由对流过冲和元素扩散过程控制的，该区域被广泛认为在太阳发电机中起着关键作用。在该地区的分层引起的太阳能p模式，它已被用来确定太阳能对流区的深度和调查的对流过冲的程度的频率的特征信号。以前的日震调查表明，太阳的球对称分层在这一地区比在一个标准的太阳模型没有过冲平滑，并排除了简单的模型纳入过冲，延长该地区的绝热分层和有一个或多或少的突然过渡到亚绝热分层在边缘的过冲区域。在本文中，我们考虑物理动机的模型，有一个平滑的过渡，在分层桥接该地区从较低的对流区的辐射内部下方。我们发现，这样的模型是在更好的协议与日震数据比标准的太阳模型。
2011-02-20 astro-ph.SR
Effects of density stratification on Rossby waves in deep atmospheres
JILA；Department of Astrophysical and Planetary Sciences, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校天体物理与行星科学系）；Department of Applied Mathematics, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校应用数学系）
研究深大气中罗斯比波的密度分层影响，通过拉格朗日压力波动方程计算径向特征函数，发现太阳内部存在两个波腔，可能在太阳表面观测到辐射区的涡旋特征函数。
2026-04-22 astro-ph.SR
Scaling of the asymptotic entropy jump in the superadiabatic layers of stellar atmospheres
恒星结构计算能够精确预测恒星演化过程中的性质。然而，对流仍然是模拟的混合长度理论，因此，光学表面附近的上边界条件不同意与asteroseisic观测。我们希望改进恒星结构计算中确定外边界条件的方法。我们研究现实的3D恒星大气模型，以找到替代属性。我们发现，渐近熵运行的超绝热对流表面层表现出明显的普遍分层时，归一化的熵最小值和跳跃。归一化熵可以非常精确地由5阶多项式表示，并且3阶多项式也产生精确的系数。这种通用的熵分层或太阳分层，当缩放的熵跳跃和最小值，可以用来改善模拟的超绝热表面层的恒星结构计算。此外，这一发现表明，表面对流对所有冷恒星的作用方式都是相同的，但需要进一步研究，以提高我们对恒星大气的理解。
2016-01-08 astro-ph.SR
Shell model for stratified convection: implications for the solar convective conundrum
我们将壳模型的概念推广到分层系统，并提出了一个在低马赫数下代表分层、非旋转、非旋转对流的壳模型。激励配置文件的背景分层，支持对流恒星，如太阳，我们研究数值解对应的高度不稳定层以上的轻度不稳定层。我们发现，在低普朗特数，对流振幅随深度在低层减小。这表明，在太阳对流区的深层对流的抑制（对流难题）可以解决，而不必诉诸旋转或磁场。
2022-06-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Stability of latitudinal differential rotation in stars
这个问题是解决是否恒星差分旋转辐射区（如太阳速跃层）激发非轴对称的r-模式，可以观察到。为此，研究了纬向差异旋转的水动力稳定性。根据径向层化的特点，估算了产生不稳定所需的旋转剪切量，找到了不稳定所激发的流态，建立了三维非轴对称扰动的本征值方程，并进行了数值求解。包括径向位移和熵扰动。该方程包含严格水平位移的二维近似作为特殊限制。与二维近似相比，三维理论中不稳定性发生的纬向差异旋转的临界值大大降低。这种不稳定性需要亚绝热层结。它不存在于几乎绝热层结的对流区的大部分，但在穿透对流区，它可能在其底部附近打开。增长率和对称类型的模式计算依赖于旋转定律参数。S1模式及其跨赤道环形涡被预测为主导的不稳定模式。涡旋的纵向漂移率逆行的基本旋转，这是接近所观察到的弱r-模式签名在太阳表面。
2009-02-13 astro-ph.SR
Simulations of stellar convection with CO5BOLD
太阳表面的高分辨率图像显示了热的上升和较冷的下沉物质的颗粒状图案-深层太阳对流区的顶部。对流对太阳内部的热结构和在那里起作用的发电机，对光球层的分层（大部分可见光是在光球层发射的），以及对色球层和日冕中壮观过程的能量收支都起着作用。对流恒星大气可以通过数值求解耦合方程的（磁）流体动力学和非本地辐射输运在重力场的存在下。本文中描述的CO 5 BOLD代码是为所谓的“现实”模拟而设计的，该模拟考虑了太阳或恒星表面层条件下的详细微观物理学（物质的状态方程和光学性质）。这些模拟确实配得上“真实”的标签，因为它们很好地再现了各种可观测数据--不同的实现之间只有微小的差异。随着时间的推移，与观测的一致性有所改善，模拟现在已经建立起来，并对一些恒星进行了模拟。尽管如此，当扩展这些模拟以理想地包括整个恒星或亚恒星物体时，仍然遇到了严峻的挑战：强烈的分层导致内部，光球层和日冕中完全不同的条件。模拟必须考虑大范围的空间和时间尺度以及非平衡过程。最后但并非最不重要的是，真实的模拟基于详细的微观物理学，并取决于输入数据的质量。本文概述了物理问题和数值解以及CO 5 BOLD的功能，并举例说明了一些应用。
2011-10-31 astro-ph.SR
A New Model for Mixing By Double-Diffusive Convection (Semi-Convection). III. Thermal and Compositional Transport Through Non-Layered ODDC
振荡双扩散对流（ODDC）（也称为半对流）是指一种发生在行星和恒星内部区域的双扩散不稳定性，其具有不稳定的热分层和稳定的平均分子量分层。在这一系列的论文中，我们使用了一套广泛的三维（3D）数值模拟来量化热量和化学物质的传输ODDC。Rosenblum等人（2011年）首先表明，ODDC可以自发形成层，这与微观传输相比显著增强了热量和化学物质的传输，或者保持在由大尺度重力波主导的状态，其中湍流传输速率有更适度的增强。该系列的后续研究集中于确定层形成的条件（Mirouh等人，2012），并量化通过分层系统的传输（Wood等人，2013）。在这里，我们继续描述通过对ODDC不稳定性不稳定的系统的传输，但不经历自发层形成。我们测量的热量和成分通量在非层状ODDC从二维和三维数值模拟，并表明，三维模拟是很好地近似类似的模拟在二维域。我们发现，在这个制度的湍流混合率是弱的，可以忽略不计，一级近似。最后，我们总结了论文I至III的研究结果，为ODDC的运输提供了一个单一的处方。
2015-06-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Simulations of facular magnetic fields on cool stars I: Main sequence stars with solar metallicity
Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系统研究所）；University of Graz（格拉茨大学）
研究通过三维辐射MHD模拟，探讨了日冕强度磁场对主序星近表面对流的影响，发现磁场降低密度和压力并抑制对流，效果因恒星类型而异。
2026-01-29 astro-ph.SR
3D MHD Modeling of the Impact of Subsurface Stratification on the Solar Dynamo
在全球EULAG-MHD解算器中测试了各种太阳次表层分层模型，以模拟不同的近地表对流传输制度。在模式（$ r > 0.95~R_{\odot}$）的表面改变次和超能力，以抑制或增强对流流速，从而研究近地层对全球动力学的影响。表面对流率增加的一个主要后果似乎是角动量分布的显着改变，特别是在转速跃层以下，旋转频率主要在高纬度地区增加。这些流体动力学的变化对应于目前的螺旋度在这个稳定层（$r<0.72R_{\odot}$）的发展大的转变，显着改变其对生成的极向和环向场在速跃层及以下的影响，作为一个主要的贡献者对发电机周期的过渡。增强的近地表流速表现在蝴蝶图中的环向场（$B_ϕ$）的全局移位-从南北对称模式到交错反对称出现。
2019-11-21 astro-ph.SR
Activity-Cycle Variations of Convection Scales in Subsurface Layers of the Sun
该研究基于SDO/HMI时间-距离日震学观测，揭示太阳次表层超米粒尺度在活动周极大期稳定，而巨胞尺度及其功率随太阳活动增强而增大。
2025-08-17 astro-ph.SR
Differential rotation in solar-like stars from global simulations
为了探索类太阳恒星中大规模流动的物理学，我们对具有类似太阳内部分层的全球模型进行了旋转对流的3D滞弹性模拟。数值方法是基于一个隐式的大涡模拟的方法，旨在捕捉非解决小尺度的影响。我们得到两个制度的差异旋转，赤道纬向流加速旋转的方向（类太阳）或在相反的方向（反太阳）。类太阳差异自转的模式倾向于产生多个纬向环流圈，而反太阳差异自转的模式只产生一个或两个纬向环流圈。我们的模拟结果表明，旋转和大规模的流动模式严重依赖于浮力和科里奥利力之间的比例。通过包括一个亚绝热层在底部的域，对应于分层的辐射区，我们重现了一层强径向剪切类似于太阳速跃层。同样，在顶部的超绝热性增强的结果，在近地面剪切层主要位于低纬度。该模型揭示了一个纬度熵梯度定位在对流区的底部和稳定区，但不传播整个对流区。因此，斜压性效应仍然很小，旋转等值线沿旋转轴在圆柱体中对齐。我们的研究结果证实了大对流单体沿旋转轴在深对流区的排列，并建议这种“香蕉细胞”模式可以隐藏在超颗粒层。
2013-10-30 astro-ph.SR
Modeling the Near-Surface Shear Layer: Diffusion Schemes Studied With CSS
当我们接近太阳对流模拟，试图模拟小规模的颗粒和超颗粒，甚至更大规模的对流内的近地表剪切层（NSSL）的相互作用，边界条件的处理和最小化的次网格尺度扩散过程变得越来越重要。在这里，我们评估的动态变化和能量通量平衡的流动建立在旋转球壳段，捕获大部分的NSSL与弯曲球形段（CSS）代码使用两种不同的扩散计划。CSS代码是一个新的大规模并行建模工具，能够模拟三维可压缩MHD对流与现实的太阳分层旋转球壳段。
2010-12-21 astro-ph.SR
Viscous Dissipation and Dynamics in Simulations of Rotating, Stratified Plane-layer Convection
本文利用 Dedalus 模拟非弹性理想气体的旋转密度分层平面对流，揭示剧烈对流下积分耗散加热与黏度、热扩散率无关，并阐明旋转如何改变耗散空间分布、动能通量及热输运。
2024-01-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Testing a non-local 1-equation turbulent convection model: A solar model
本研究测试1方程Kuhfuss湍流对流模型在太阳对流包层中的适用性，发现其因非局部效应高估对流穿透而表现不佳，需采用3方程版本改进建模。
2024-07-04 astro-ph.SR
Stellar models with mixing length and T(tau) relations calibrated on 3D convection simulations
对流包层恒星模型中超绝热层的热分层计算是恒星天体物理学中一个长期存在的问题，对恒星半径和有效温度等观测性质的预测有重要影响。混合长度理论，几乎普遍用于模拟超绝热对流层，有效地包含一个自由参数进行校准-α（毫升）-其值控制产生的有效温度。在这里，我们提出了第一个自洽的恒星演化模型，通过使用大气温度分层，Rosseland不透明度和校准变量alpha（ml）（取决于有效温度和表面重力）从一个大型的三维辐射流体动力学模拟恒星对流信封和大气太阳恒星组成（Trampedach等人，2013）。从我们的计算（具有相同的辐射流体动力学模拟组成），我们发现，与恒定太阳α（ml）计算的模型相比，具有流体校准变量α（ml）的模型的有效温度仅显示微小的差异，最多约30-50 K。在这两种情况下，对流区的深度基本相同。我们还分析了水文校准的T（tau）关系在确定模型有效温度的演变中所起的作用，当与恒星模型计算中经常使用的替代T（tau）关系相比时。与恒定的太阳值相比，T（tau）的选择可以具有比使用变量alpha（ml）更大的影响。我们发现Vernazza等人（1981）的太阳半经验T（tau）提供的恒星模型有效温度与水校正关系的结果相当一致。
2015-03-16 astro-ph.SR
On the Penetration of Meridional Circulation below the Solar Convection Zone II: Models with Convection Zone, the Taylor-Proudman constraint and Applications to Other Stars
太阳对流区表现出很强的差异旋转，因此极地地区的旋转周期比赤道地区长约25-30%。与这些纬向流相关联的科里奥利力永久地“泵”对流区流体，并保持准稳定的环流，靠近表面。这种纬向环流对下面的辐射带有什么影响，特别是，它是否提供了两个区域之间混合的重要来源？在第一篇论文中，我们通过假设对流区中的固定双曲流型并计算其进入辐射区的穿透深度来研究这个问题。我们发现，所造成的混合量非常敏感地依赖于假设的辐射-对流界面附近的流动结构。我们继续这项研究在这里，包括一个简单的模型的对流区“泵”，并计算在整个太阳产生的对流的自洽方式。我们发现，全球环流的时间尺度取决于两个因素的关键方式：整体分层的辐射区测量的Rossby数乘以平方根的普朗特数，以及，弱分层系统，存在或不存在的应力内的辐射区能够打破泰勒-普劳德曼约束。最后，我们讨论了我们的研究结果的太阳内部的后果，并认为一个潜在的重要机制，在主序星混合迄今被忽视。
2009-06-09 astro-ph.SR
Asphericity of the base of the solar convection zone
本研究利用第23、24太阳活动周的日震频率与分裂数据检验对流区底部非球对称性，发现其时间平均偏离不超过0.0001倍太阳半径，仅 $a_6$ 分量显示显著时间变化。
2024-01-22 astro-ph.SR
Compressible turbulent convection: The role of temperature-dependent thermal conductivity and dynamic viscosity
本研究通过两组三维直接数值模拟，探讨了温度依赖的热导率和动力粘度对超越非弹性极限的完全可压缩湍流对流动力学的影响，发现材料参数的温度依赖性会引起统计量的系统性定量变化，并显著改变湍流动量与热传递效率。
2024-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Layer formation in double-diffusive convection over resting and moving heated plates
我们提出了一个双扩散对流的数值研究，其特征在于分层不稳定的热对流，而在同一时间的平均分子量（或溶质浓度）的顶部和底部之间的差异抵消这种不稳定性。在这种情况下，对流区可以通过对温度和溶质梯度的联合作用局部不稳定的分层或通过另一个过程，振荡双扩散对流不稳定性形成，该过程由与溶质相比更快的热分子扩散率触发。我们讨论了连续层形成这个问题的情况下，瞬间加热的底部（板），形成第一层的界面，变得暂时不稳定，并触发进一步的，二次层的形成。我们认为这两种情况下的普朗特数典型的水（海洋的情况下）和一个低的普朗特数（巨行星的情况下）。我们讨论了一个库埃特一样的剪切流的影响，特别是对层形成不同的剪切速率。由于振荡双扩散对流不稳定，形成额外的层，如在某些情况下观察到的。我们还测试我们的数值实验所依据的物理模型，通过恢复实验室设置中获得的层形成的实验结果。
2019-06-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Buoyant Magnetic Loops in a Global Dynamo Simulation of a Young Sun
目前太阳和类太阳恒星的发电机范例将强环形磁结构的产生地点放在太阳内部深处。太阳黑子和类太阳恒星上的星斑被认为是当这些磁结构的部分变得非常不稳定并从内部深处上升到光球层时产生的。在这里，我们提出了第一个3-D全球磁流体动力学（MHD）模拟，湍流对流，分层和旋转相结合，产生一个发电机，自洽地产生浮力磁回路。我们模拟恒星对流和发电机行动在一个球壳太阳分层，但旋转速度比目前的太阳速率的三倍。强环形磁场环是由对流区中的发电机作用实现的。通过转向亚网格尺度湍流的动态Smagorinsky模型，我们在这里实现了在我们的模拟中大大减少扩散。这使得最强的磁场的区域在这些花圈上升到对流区的顶部通过磁浮力不稳定性和对流巨细胞平流的组合。这样一个全球模拟产生浮力环是一个重要的一步，在结合发电机行动和通量出现的数值模型。
2011-08-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dynamics of Turbulent Convection and Convective Overshoot in a Moderate Mass Star
观测恒星天体物理学的持续进展需要深入了解基本的对流动力学。我们呈现了中等质量恒星（1.47兆太阳）外层的真实3D辐射流体动力学模拟结果，包括完整的对流区、过冲区域和辐射区的顶层。模拟结果表明，表面造粒具有广泛的规模，从2到12微米，大颗粒组织在定义明确的集群，由几个颗粒。3D模拟的平均结构剖面与相应的1D标准恒星模型的比较表明，恒星半径增加了约800 km，以及电离区的热力学结构和湍流性质的显着变化。颗粒群之间的颗粒间通道中的对流下降气流达到20 km/s以上的速度，穿透整个对流区，撞击辐射区，并形成8 Mm厚的过冲层。相反，半经验的超调模型，我们的研究结果表明，三维动态超调区域由两层组成：近绝热扩展的对流区和更深层的增强亚绝热分层。这一层的形成是由于加热所造成的制动过冲对流羽流。在恒星建模和解释星震学数据时必须考虑到这种效应。特别是，我们证明了3D模型可以定性地解释偏离标准太阳模型日震学发现。
2015-12-22 astro-ph.SR
Small-scale dynamo action in rotating compressible convection
我们研究发电机行动在对流层的导电，可压缩流体，旋转的垂直轴。在上、下边界面上，磁场采用理想导电边界条件。两个不同层次的热分层被认为是。如果磁扩散率足够小，对流就像一个小型发电机。使用定义的磁雷诺数$R_M$是基于水平积分尺度和水平平均速度在中层的域，我们发现，旋转倾向于减少$R_M$的临界值以上的发电机行动观察。在旋转计算中，增加层内的热分层水平不会显著改变$R_M$的临界值，但它确实会导致非旋转情况下该临界值的降低。在磁雷诺数的最高可计算值处，发电机的饱和水平在所有情况下都是相似的，平均磁能密度在平均动能密度的4%和9%之间。为了进一步了解旋转和非旋转对流之间的差异，我们量化的拉伸性能的每个流通过测量李雅普诺夫指数。在远离边界的地方，由于流动而引起的拉伸率在旋转情况下比在相应的非旋转计算中对深度的依赖要小得多。它还表明，旋转的影响显着降低的磁能量耗散在层的下部。我们还研究了发电机的饱和机制的某些方面。
2011-10-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
3D Global MHD Modeling of Solar Subsurface Convection
在全球EULAG-MHD解算器中测试了各种太阳次表面层结模型，以模拟不同的近地表对流传输制度。在模式（$ r > 0.95~R_{\odot}$）的表面改变次和超能力，以抑制或增强对流流速，从而研究近地层对全球动力学的影响。表面对流率增加的一个主要后果似乎是角动量分布的显着改变，特别是在转速跃层以下，旋转频率主要在高纬度地区增加。这些流体动力学的变化对应于目前的螺旋度在这个稳定层（$r<0.72R_{\odot}$）的发展大的转变，显着改变其对生成的极向和环向场在速跃层及以下的影响，作为一个主要的贡献者对发电机周期的过渡。增强的近地表流速表现在蝴蝶图中的环向场（$B_ϕ$）的全球移动-从南北对称模式到交错反对称出现。
2019-11-18 astro-ph.SR
Three-dimensional simulations of near-surface convection in main-sequence stars - I. Overall structure
冷主序星的近地表层是由对流构成的，这些对流过度进入大气层。流量和相关的时空变化的密度和温度的影响谱线配置文件，从而对恒星的属性，如有效温度，重力加速度和丰度的估计有影响。我们的目标是确定不同恒星大气的热力学结构的独特性质，并了解其原因。我们运行了全面的3D辐射流体动力学模拟的光谱类型F3 V到M2 V的MURaM代码的六个模拟恒星的近地表层。我们进行了系统的参数研究的平均分层，流结构，并在这些恒星的能量通量。\par结果：我们发现沿较低的主序列的颗粒大小，流速和强度对比度的单调趋势。M星模型中的对流与较热恒星的对流有很大的不同，主要是由于从对流到辐射能量传输的过渡更为渐进。虽然在冷星中驱动表面对流的基本机制是相同的，但对流的性质沿着主序列变化。除了均方根速度、强度对比度、颗粒大小等的单调趋势外，存在由不透明度的（高度非线性的）温度依赖性引起的围绕光谱类型K5 V的“裸露”和“隐藏”颗粒之间的过渡。当从光谱导出恒星参数时，必须考虑这些变化。
2013-08-22 astro-ph.SR
Abundances determined using Si II and Si III in B-type stars: evidence for stratification
越来越清楚的是，使用Si II和Si III的谱线来测定Si的丰度，在B型恒星的中后期可能会导致非常不一致的结果。在某些情况下，来自两种离子状态的Si丰度之间的差异可以超过一个指数。我们已经进行了一项研究，旨在澄清哪些类型的B星表现出这种差异，试图确定在现象中，并探讨可能的解释，如通过比较模型观测到的光谱丰度分层。我们使用了ESPaDOnS分光偏振计和FEROS摄谱仪的光谱，并补充了来自ESO和ESPARDIE档案的光谱，这些光谱是磁性Bp、HgMn和正常B型星的光谱，有效温度范围约为10500至15000 K。使用这些光谱，我们推导出使用频谱合成程序ZEEMAN，可以考虑到磁场的影响的丰度。每颗恒星的Si II、Si III、Ti、Cr和Fe的精确丰度都被推导出来。在我们的样本中，所有的磁性Bp星都显示出第一和第二硅离子的丰度之间的不一致性，后者高出0.6 - 1.7 dex。在非磁性恒星中也观察到了同样的行为，但程度要小得多：与Si II相比，Si III增强了0.3 - 0.8 dex。我们在三颗恒星HD 22136（正常）、HD 57608（HgMn）和HD 27295（HgMn）中没有检测到这种差异;在我们的样本中，只有这些恒星的微湍流参数与零有很大的不同，因此它们的大气层中可能发生对流。我们发现，B型恒星大气中硅的垂直分层可以解释这种现象，但我们详细的分层模型不能完全解…
2013-01-14 astro-ph.SR
Theory of solar oscillations in the inertial frequency range: Amplitudes of equatorial modes from a nonlinear rotating convection simulation
在太阳上已经探测到几种类型的惯性模式。这些惯性模式的特性已在线性区域进行了研究，但尚未在太阳旋转对流的非线性模拟中进行研究。比较非线性模拟、线性理论和太阳观测结果对于更好地理解模型与真实太阳之间的差异非常重要。我们希望检测和表征太阳对流的非线性数值模拟中存在的模式，特别是要了解的振幅和寿命的模式。我们开发了一个阴阳网格的程序，对球壳中的旋转对流进行了全非线性数值模拟。在0.96R以下，层结与太阳层结相似。模拟涵盖了大约15个太阳年的时间。从模拟中提取了低频下的各种大尺度模式。他们的特点进行比较，从线性模型和观察。在其他模式中，赤道Rossby模式和柱状对流模式都出现在模拟中。柱状对流模态包含了切向圆柱外的大部分速度功率，并对热量和角动量输运做出了重要贡献。还发现了无径向节点的赤道Rossby模（n = 0）：它们具有与线性本征函数相同的空间结构。它们是由对流随机激发的，振幅为几m/s，模线宽约为20 - 30 nHz，与太阳上观察到的相当。我们还证实了混合模式之间的赤道Rossby模式和柱状对流模式在我们的非线性模拟的存在，预测的线性本征模分析。在我们的非线性模拟中，我们也看到了m = 1的高纬度模式，但它的振幅比在太阳上观察到的要弱得多。
2022-08-23 astro-ph.SR
Theory of solar oscillations in the inertial frequency range: Linear modes of the convection zone
一方面，在太阳上观测到了几种全球尺度的惯性振荡模式。它们包括赤道Rossby模、临界纬度模和高纬度模。另一方面，柱状对流模式（通过模拟预测;也称为香蕉细胞或热Rossby波）仍然难以捉摸。我们的目标是调查的湍流扩散系数，非绝热层结，差分旋转，和纬度熵梯度的旋转太阳对流区的线性全球模式的影响。本文用数值方法求解了球壳内旋转可压缩流体的本征模。我们确定模式的惯性频率范围内，包括柱状对流模式，以及模式的混合字符。计算了方位阶数$m \leq 16$对应的模色散关系和本征函数。三个主要结果如下。首先，我们发现，对于$m \gtrsim 5$，没有径向节点的赤道Rossby模式（$n=0$）的径向依赖性从根本上改变了传统的期望（$r^m$）的湍流扩散率$\gtrsim 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$。其次，我们发现混合模式，即模式的赤道Rossby模式与一个径向节点（$n=1$）和柱状对流模式的共享属性。第三，我们证明了模式中的$m=1$高纬模态与太阳观测结果是一致的，当包含对应于热成风平衡的纬向熵梯度时（斜压不稳定模态）。据我们所知，这项工作是第一个现实的旋转太阳对流区的全球模式的本征值计算。这种计算揭示了惯性频率范围内丰富的模式谱，可以直接与观测结果进行比较。反过来，观测到的模式可以告诉我们太阳对流区。
2022-03-08 astro-ph.SR
Solar flows and their effect on frequencies of acoustic modes
利用准简并微扰理论（QDPT）计算了日震分裂系数随太阳大尺度环流、巨对流单体和太阳自转的变化。我们的研究表明，极向流的影响，如大尺度纬向环流是很难检测到的全球声学模式的观测数据，因为频率的变化远远小于误差。然而，大规模对流的签名可以检测到，如果它们的振幅是足够大的，通过寻找频率偏移，由于近退化模式耦合对流。在这项全面的研究中，我们试图把限制在巨细胞的流速的大小，通过比较从QDPT处理与观测数据得到的分裂系数。
2009-10-21 astro-ph.SR
Generation of twist on magnetic flux tubes at the base of the solar convection zone
基于Choudhuri，2003，Sol.的理论，利用二维磁流体动力学计算，研究了位于太阳对流层底部的磁通量管的扭曲产生机制.物理、215、31，其中环形磁场被周围的平均极向场包裹。在产生扭曲的过程中，磁通管遵循四个阶段。(1)它迅速分裂成两部分，涡旋运动卷起极向磁场。(2)由于类似于磁旋转不稳定性的物理机制，卷起的极向场被弯曲和放大。(3)扰动极向磁场的磁张力使涡度减小，涡动引起的升力减小。(4)通量管被扭曲，并开始再次上升，而不分裂。这些过程的研究是有意义的，因为它表明，没有任何初始扭曲的磁通管可以上升到表面在相对较弱的极向场。
2012-10-26 astro-ph.SR
Multidimensional Modeling of Type I X-ray Bursts. II. Two-Dimensional Convection in a Mixed H/He Accretor
I型X射线暴（XRB）是低质量X射线双星中中子星表面吸积物质的热核爆炸。在亚音速燃烧前沿点火之前，在吸积层底部的失控燃烧驱动对流，使燃料和重元素灰烬混合。在这系列的第二篇论文中，我们使用Maestro代码进行二维模拟，探索了中子星表面混合氢/氦层中低马赫数对流的行为。Maestro利用了高亚音速流场的优势，通过动态过滤不重要的声波，同时保留局部可压缩性效应，例如由于分层和核反应释放的能量。在这些初步计算中，我们发现，rp过程近似网络创建了一个对流区域，分为两层。虽然这种分裂似乎是人为的，由于近似的网络关于核流出的爆发反应18 Ne（a，p）21 Na，这些计算暗示进一步简化和改进的燃烧处理，用于在未来的文件在三维的后续计算。
2014-04-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
A new model for mixing by double-diffusive convection (semi-convection): I. The conditions for layer formation
在天体物理学中称为“半对流”，在地球和行星科学中称为“扩散区的双扩散对流”的过程，发生在恒星和行星内部，根据勒杜判据是稳定的，但根据史瓦西判据是不稳定的。在这一系列的论文中，我们分析了一套广泛的三维数值模拟的过程中的结果，并最终提出了一个新的一维处方的热量和成分运输在这个制度，可用于恒星或行星的结构和演化模型。在对这一现象的初步研究中，Rosenblum等人（2011）表明，在主要不稳定性饱和之后，系统可以以两种可能的方式之一演变：诱导的湍流要么保持均匀，具有非常弱的传输特性，要么过渡到热成分阶梯，其中传输速率要大得多（尽管仍然小于标准对流）。在本文中，我们表明，这种二分法的行为是一个强大的半对流参数空间的广泛区域的财产。我们提出了一个简单的半分析的标准，以确定是否层形成的预期或没有，以及在什么样的速度，它的收益，作为一个功能的背景分层和扩散参数（粘度，热扩散率和成分扩散率）。理论标准匹配的结果，我们的数值模拟非常充分的数值访问“行星”参数制度，可以很容易地外推到恒星参数制度。随后的文件将更具体地解决问题的量化运输分层的情况下，在非分层的情况下。
2011-12-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Supergranule aggregation: a Prandtl number-independent feature of constant heat flux-driven convection flows
本研究通过直接数值模拟，证实了恒定热通量驱动的瑞利-贝纳德对流中，超颗粒聚集机制在跨越4个数量级的普朗特数范围内普遍存在，并分析了其对热和动量输运的影响，凸显了其在地球物理和天体物理对流中的重要性。
2024-01-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dipolar dynamos in stratified systems
对低质量恒星的观测揭示了各种各样的磁场拓扑结构，从大尺度的轴向偶极子到更复杂的磁场。同时，对流驱动发电机的三维球形模拟再现了类似的多样性，这通常是通过Boussinesq模型或基于滞弹性近似的更现实的模型获得的，该模型考虑了整个对流区密度随深度的变化。然而，从不同的滞弹性研究的结论是，偶极解决方案似乎更难获得，只要考虑大量的分层。在本文中，我们的目的是澄清这一点，通过更详细地调查的影响，密度分层的偶极发电机。为此，我们依赖于一个系统的参数研究，使我们能够清楚地遵循的偶极分支的稳定域的密度分层增加的演变。密度分层的发电机发病和偶极子崩溃的影响进行了讨论，并与以前的Boussinesq结果。此外，我们的研究表明，偶极分支的损失并不随之而来的特定修改的发电机机制相关的背景分层，但可能会导致偏见，因为我们的观察自然有利于一定的域的参数空间的特点是适度的埃克曼数的值，由于目前的计算限制。此外，我们还表明，偶极分支的临界磁雷诺数几乎没有修改的密度分层的增加，这提供了一个重要的洞察力的全球理解的影响的密度分层的偶极发电机分支的稳定域。
2015-03-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Internally heated and fully compressible convection: flow morphology and scaling laws
本研究通过二维和三维笛卡尔流体动力学模拟，探究内部均匀加热驱动的完全可压缩对流，明确流速、湍流的调控方式，揭示流动分布特征并得到与不可压缩研究一致的热输运标度律，为理解天体物理对流提供支撑。
2023-10-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The tachocline revisited
太阳速跃层是位于太阳对流层底部的剪切层。速跃层中的水平剪切可能是湍流，并且通常认为由于局部分层，这种湍流将是强烈的各向异性。然而，这种湍流在速跃层动力学中起着什么样的作用还有待确定。特别是，目前还不清楚它是否会导致湍流涡流扩散率，或反扩散率，或其他完全。在本文中，我们提出了第一个直接数值模拟的湍流水平剪切流在低普朗特数，在一个理想化的模型，忽略旋转和磁场。我们发现，存在几个制度，这取决于分层，粘度和热扩散率的相对重要性。我们的研究结果表明，速跃层是在分层的湍流制度，它具有非常具体的属性控制浮力，惯性和热扩散之间的平衡。
2020-04-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
