Izvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsIzvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsИзвестия РАН. Физика атмосферы и океана0002-35153034-6487The Russian Academy of Sciences65828710.31857/S0002351523040077YNGXGUArticlesСтатьиRossby Waves and Zonal Flux Anomalies in Hadley and Ferrell Cell Analogs of the General Atmospheric Circulation: Model and ExperimentsВолны Россби и аномалии зональных потоков в аналогах ячеек Хэдли и Ферреля общей циркуляции атмосферы: модель и экспериментыGledzerA. E.ГледзерА. Е.ochkheti@ifaran.ruGledzerE. B.ГледзерЕ. Б.ochkheti@ifaran.ruKhapaevA. A.ХапаевА. А.ochkheti@ifaran.ruChkhetianiO. G.ЧхетианиО. Г.ochkheti@ifaran.ruObukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of SciencesИнститут физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН0107202359437539020022025Copyright ©; 2023, А.Е. Гледзер, Е.Б. Гледзер, А.А. Хапаев, О.Г. ЧхетианиCopyright ©; 2023, А.Е. Гледзер, Е.Б. Гледзер, А.А. Хапаев, О.Г. Чхетиани2023А.Е. Гледзер, Е.Б. Гледзер, А.А. Хапаев, О.Г. ЧхетианиА.Е. Гледзер, Е.Б. Гледзер, А.А. Хапаев, О.Г. Чхетианиhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.eco-vector.com/0002-3515/article/view/658287

The circulation of the form of axysimmetrically flow with induced anomalies (disturbances) in closed rotating annular channel with conical bottom is generated by sources-sinks and MHD-method. The reducing of external forcing affects the changes of the anticyclones translation speed, but not the cyclones. The great part of moving anticyclones can disappear or stoped or new quasistationary cyclones may realized, whereas there are no change in the flow pattern in the sector where external anomalies take a place. But the variations in averaged parameters of the flow vortex are distinguished for the entire channel area and for their part. These anomalies physically are the weakness of subtropical Hadley cell with diminishing of passats in some sector of subequatorial atmospheric circulation and also the weakness the westerlies in the middle latitudes. The superposition of blocked and transported vortices are investigated with the help of simple analytical resonance interaction model for transient (with the maximum of velocity) modes in the shear flow. The amplitude of stationary background and the famous Sverdrup relation of the free surface streamfunction in the west oceanic shore intensification are affected in the same way from the beta-effect.

Проведены численные и лабораторные эксперименты при внесении аномалий в осесимметричное распределение поля скорости, генерируемого с помощью источников-стоков и МГД-методом во вращающемся круговом канале с наклонным дном. Секторальное уменьшение интенсивности внешнего силового воздействия в некотором интервале значений оказывает тормозящее влияние на скорость прохождения антициклонов по каналу, почти не влияя на динамику циклонов. При этом значительная часть движущихся антициклонов может исчезать, или практически останавливаться, или возникают новые квазистационарные антициклоны, хотя в видимой картине распространения вихрей в канале не происходило каких-либо заметных изменений в секторе, в котором осуществлялось внешнее вмешательство. Однако для осредненных характеристик поля вихря изменения заметны по всей площади канала или в отдельных его частях. Указанные аномалии можно трактовать как уменьшение интенсивности субтропической ячейки Хэдли, которое сопровождается ослаблением пассатов в каком-то секторе приэкваториальной атмосферной циркуляции и уменьшением западного переноса в средних широтах. Состояние смеси стоячих и движущихся вихрей рассмотрено на основе простой аналитической модели резонансного взаимодействия транзиентных (с промежуточным максимумом скорости) мод в сдвиговом потоке. При этом амплитуда стационарного фонового состояния имеет такую же зависимость от \(\beta \)-эффекта, как и для известного соотношения Свердрупа для функции тока поверхностного течения в океанском бассейне при исследовании западной пограничной интенсификации течений.

general circulation anomaliesHadley cells and Ferrel cellsblockingresonance interactionRossby wavestransient instabilityannular channelshallow-water equationsMHD-experimentsаномалии общей циркуляцииячейки Хэдли и Ферреляблокированиерезонансное взаимодействиеволны Россбитранзиентная неустойчивосткольцевые каналыисточники-стокиуравнения мелкой водыМГД-экспериментыГледзер А.Е. Численная модель течений, генерируемых источниками и стоками в кольцевом вращающемся канале // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 3. С. 331–343.Гледзер А.Е. Генерация крупномасштабных структур и систем вихрей в численных экспериментах во вращающихся системах // Вычисл. мех. сплош. сред. 2015. Т. 8. № 4. С. 408–422.Гледзер Е.Б. Параметры подобия и центробежная конвективная неустойчивость горизонтально неоднородных циркуляций типа Хэдли // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 1. С. 36–47.Гледзер Е.Б., Должанский Ф.В., Обухов А.М. Системы гидродинамического типа и их применение. М.: Наука, 1981. 366 с.Гледзер А.Е., Гледзер Е.Б., Хапаев А.А., Чхетиани О.Г. Экпериментальное обнаружение блокирования переноса вихрей и волн Россби при МГД-возбуждении квазидвумерных течений во вращающемся цилиндрическом сосуде // Письма в ЖЭТФ. 2013. Т. 97. Вып. 6. С. 359–365.Гледзер А.Е., Гледзер Е.Б., Хапаев А.А., Черноусько Ю.Л. Зональные потоки, волны Россби и перенос вихрей в лабораторных экспериментах с вращающимся кольцевым каналом // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 2. С. 143–155.Гледзер А.Е., Гледзер Е.Б., Хапаев А.А., Чхетиани О.Г., Шалимов С.Л. О структурах, наблюдаемых во вращающихся тонких слоях проводящей жидкости, и аномалиях геомагнитного поля // Физика Земли. 2018. Т. 4. С. 40–52.Гледзер А.Е., Гледзер Е.Б., Хапаев А.А., Чхетиани О.Г. Многорежимность в тонких слоях жидкости во вращающихся кольцевых каналах // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2021. Т. 4. С. 138–150.Должанский Ф.В. Основы геофизической гидродинамики. М.: Физматлит, 2011. 264 с.Лоренц Э.Н. Природа и теория общей циркуляции атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 259 с.Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. 778 с.Мешалкин Л.Д., Синай Я.Г. Исследование устойчивости стационарного решения одной системы уравнений плоского движения несжимаемой вязкой жидкости // ПММ. 1961. Т. 25. № 6. С. 1140–1143.Моханакумар К. Взаимодействие стратосферы и тропосферы. М.: Физматлит, 2011. 452 с.Обухов А.М. К вопросу о геострофическом ветре // Известия АН СССР. Сер. геогр. и геофиз. 1949. Т. 13. № 4. С. 281–306.Океанология. Физика океана. Т. 2. Гидродинамика океана. Ответственные редакторы В.М. Каменкович, А.С. Монин. М.: Наука, 1978. 435 с.Чагелишвили Г.Д., Чхетиани О.Г. Трансформация волн Россби в сдвиговых течениях // Письма в ЖЭТФ. 1995. Т. 62. Вып. 4. С. 41–48.Чхетиани О.Г., Калашник М.В., Чагелишвили Г.Д. Динамика и блокирование волн Россби в квазидвумерных сдвиговых течениях // Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 101. Вып. 2. С. 84–89.Чхетиани О.Г., Калашник М.В. Связь блокингов с транзиентными неустойчивостями / Интенсивные атмосферные вихри и их динамика. Под ред. И.И. Мохова, М.В. Курганского, О.Г. Чхетиани. М.: Геос, 2018. С. 189–199.Шухман И.Г. Транзиентный рост и оптимальные возмущения на примере простейшей динамической модели // Доклады академии наук. 2005. Т. 402. С. 759–761.Antar B.N., Fowlis W.W. Baroclinic Instability of a rotating Hadley cell // J. Atmos. Sci. 1981. V. 38. P. 2130–2141.Gledzer E.B., Ponomarev V.M. Instability of bounded flows with elliptical streamlines // J. Fluid Mech. 1992. V. 240. P. 1–30.Cook K.H. Role of continents in driving the Hadley cell // J. Atmos. Sci. 2003. V. 60. P. 957–976.Sverdrup H.U. Wind-driven currents in a baroclinic ocean; with application to the equatorial currents of the Eastern Pacific // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1947. V. 33. № 11. P. 318–326.