Linear inviscid damping for shear flows near Couette in the 2D stably stratified regime

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作者
Roberta Bianchini,Michele Coti Zelati,Michele Dolce
出处
期刊:Indiana University Mathematics Journal [Indiana University]
卷期号:71 (4): 1467-1504 被引量:11
标识
DOI:10.1512/iumj.2022.71.9040
摘要

We investigate the linear stability of shears near the Couette flow for a class of 2D incompressible stably stratified fluids. Our main result consists of nearly optimal decay rates for perturbations of stationary states whose velocities are monotone shear flows $(U(y),0)$ and have an exponential density profile. In the case of the Couette flow $U(y)=y$, we recover the rates predicted by Hartman in 1975, by adopting an explicit point-wise approach in frequency space. As a by-product, this implies optimal decay rates as well as Lyapunov instability in $L^2$ for the vorticity. For the previously unexplored case of more general shear flows close to Couette, the inviscid damping results follow by a weighted energy estimate. Each outcome concerning the stably stratified regime applies to the Boussinesq equations as well. Remarkably, our results hold under the celebrated Miles-Howard criterion for stratified fluids.

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