Геофизические процессы и биосфера: статья

НОВАЯ МОДЕЛЬ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫХ ВИХРЕЙ В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ
О.Г. Онищенко1,2
О.А. Похотелов1
Н.М. Астафьева2
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
2 Институт космических исследований РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 17
Номер: 2
Год: 2018
Страницы: 61-70
УДК: 532
DOI: 10.21455/gpb2018.2-4
Ключевые слова: вихри, модели вихрей, нелинейные структуры, идеальная гидродинамика
Аннотация: В огромном многообразии вихревых движений в атмосфере отчетливо выделяются концентрированные вихри, вызывающие повышенный интерес с точки зрения как фундаментальных исследований, так и практики. Достаточно четкое определение концентрированного вихря можно дать для случая идеальной жидкости - это локализованная в пространстве область с ненулевой завихренностью, окруженная потенциальным течением. Такие вихри могут быть объединены в класс мелкомасштабных концентрированных вихрей, включающих в себя пыльные дьяволы (ПД), водяные вихри, огненные вихри и более крупномасштабные и более интенсивные торнадо. В отличие от вихрей планетарного масштаба (циклонов и антициклонов) ПД и торнадо являются мелкомасштабными вихрями. Генерируются ПД и торнадо в различных средах (торнадо возникают в мощных грозовых облаках), но имеют много общего в своей структуре. Скорость вращения в таких вихрях достигает максимального значения на характерном радиусе, стремится к нулю при приближении к центру и имеет много общего со скоростью вращения в стационарном вихре Рэнкина или Бюргерса. Настоящая работа посвящена изучению новой малопараметрической модели стационарных вихрей, наиболее пригодной для описания концентрированных вихрей в земной атмосфере. В рамках идеальной гидродинамики построена новая модель тонких вихревых нитей на высотах, малых по сравнению с вертикальным масштабом атмосферы Земли. В отличие от вихрей Рэнкина и Бюргерса она позволяет описывать структуры, ограниченные в радиальном направлении. Квазистационарные вихри в такой модели возникают в результате баланса двух эффектов: концентрации вертикальной завихренности к центру и адвекции вихревого движения в вертикальном направлении.