© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of The Royal Astronomical Society. Helicity, the inner product of velocity and vorticity, is considered an important ingredient for the maintenance of a dipolar magnetic field in the geodynamo. Outside the tangent cylinder- an imaginary cylinder which circumscribes the inner core-a spatial segregation of helicity has been observed in several simulations, being negative in the north and positive in the south. Such a segregation pattern is important for a dynamo that relies on the α-effect. However, the origin of this pattern in these simulations is poorly understood. In this paper, we use three strongly forced numerical dynamo solutions to study the various sources of helicity, including those due to buoyancy (HT ), Coriolis, Lorentz and viscous forces. We find a strong spatial correlation between the segregation pattern of helicity and HT both in the instantaneous and the time-averaged results. Our results show that, outside the tangent cylinder, HT is dominated by the product -μz∂T/∂, where uz is the vertical velocity component and T is the temperature perturbation. It is known that when inertial waves are launched from a localized buoyant anomaly, HT takes the same sign as the local helicity. We conjecture that this is the reason for the spatial correlation between HT and helicity in our simulation results. The flow in our simulations being strongly turbulent, this effect seems to be a statistical one and manifests itself most clearly in the averaged quantities.

中文翻译：

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关于地球动力学模拟中螺旋度的产生和分离

© The Author(s) 2020。由牛津大学出版社代表皇家天文学会出版。螺旋度是速度和涡度的内积，被认为是维持地球发电机中偶极磁场的重要因素。在切线圆柱体之外——一个围绕内核的假想圆柱体——在几个模拟中观察到螺旋度的空间分离，在北为负，在南为正。这种分离模式对于依赖 α 效应的发电机很重要。然而，人们对这些模拟中这种模式的起源知之甚少。在本文中，我们使用三个强受力数值发电机解决方案来研究各种螺旋力来源，包括由浮力 (HT)、科里奥利力、洛伦兹力和粘性力引起的螺旋力。我们发现在瞬时和时间平均结果中螺旋度和 HT 的分离模式之间存在很强的空间相关性。我们的结果表明，在切线圆柱外，HT 由乘积 -μz∂T/∂ 支配，其中 uz 是垂直速度分量，T 是温度扰动。众所周知，当惯性波从局部浮力异常发射时，HT 与局部螺旋度具有相同的符号。我们推测这就是模拟结果中 HT 和螺旋度之间存在空间相关性的原因。我们模拟中的流动是强烈的湍流，这种效应似乎是一种统计效应，并且在平均数量中表现得最清楚。我们的结果表明，在切线圆柱外，HT 由乘积 -μz∂T/∂ 支配，其中 uz 是垂直速度分量，T 是温度扰动。众所周知，当惯性波从局部浮力异常发射时，HT 与局部螺旋度具有相同的符号。我们推测这就是模拟结果中 HT 和螺旋度之间存在空间相关性的原因。我们模拟中的流动是强烈的湍流，这种效应似乎是一种统计效应，并且在平均数量中表现得最清楚。我们的结果表明，在切线圆柱外，HT 由乘积 -μz∂T/∂ 支配，其中 uz 是垂直速度分量，T 是温度扰动。众所周知，当惯性波从局部浮力异常发射时，HT 与局部螺旋度具有相同的符号。我们推测这就是模拟结果中 HT 和螺旋度之间存在空间相关性的原因。我们模拟中的流动是强烈的湍流，这种效应似乎是一种统计效应，并且在平均数量中表现得最清楚。HT 与局部螺旋度具有相同的符号。我们推测这就是模拟结果中 HT 和螺旋度之间存在空间相关性的原因。我们模拟中的流动是强烈的湍流，这种效应似乎是一种统计效应，并且在平均数量中表现得最清楚。HT 与局部螺旋度具有相同的符号。我们推测这就是模拟结果中 HT 和螺旋度之间存在空间相关性的原因。我们模拟中的流动是强烈的湍流，这种效应似乎是一种统计效应，并且在平均数量中表现得最清楚。