Quantification of the strength of inertial waves in a rotating turbulent flow

We quantify the strength of the waves and their impact on the energy cascade in rotating turbulence by studying the wave number and frequency energy spectrum, and the time correlation functions of individual Fourier modes in numerical simulations in three dimensions in periodic boxes. From the spectrum, we find that a significant fraction of the energy is concentrated in modes with wave frequency ω ≈ 0, even when the external forcing injects no energy directly into these modes. However, for modes for which the period of the inertial waves τω is faster than the turnover time τNL, a significant fraction of the remaining energy is concentrated in the modes that satisfy the dispersion relation of the waves. No evidence of accumulation of energy in the modes with τω = τNL is observed, unlike what critical balance arguments predict. From the time correlation functions, we find that for modes with τω < τsw (with tsw the sweeping time) the dominant decorrelation time is the wave period, and that these modes also show a slower modulation on the timescale tNL as assumed in wave turbulence theories. The rest of the modes are decorrelated with the sweeping time, including the very energetic modes with ω ≈ 0. © 2014 AIP Publishing LLC.Fil: Clark Di Leoni, Patricio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Cobelli, Pablo Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Mininni, Pablo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Dmitruk, Pablo Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Matthaeus, William. Bartol Research Institute; Estados Unido