Izvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsIzvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsИзвестия РАН. Физика атмосферы и океана0002-35153034-6487The Russian Academy of Sciences65828810.31857/S0002351523040089YNTULSArticlesСтатьиAnalytical Models of the Interaction of Convection with Intercepting Layers in the AtmosphereАналитические модели взаимодействия конвекции с задерживающими слоями в атмосфереIngelL. Kh.ИнгельЛ. Х.lev.ingel@gmail.comResearch and Production Association “Typhoon”ФГБУ “НПО “Тайфун”Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of SciencesИнститут физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН0107202359439139720022025Copyright ©; 2023, Л.Х. ИнгельCopyright ©; 2023, Л.Х. Ингель2023Л.Х. ИнгельЛ.Х. Ингельhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.eco-vector.com/0002-3515/article/view/658288

The interaction of various forms of convection with stably stratified barrier layers in the atmosphere is theoretically investigated. Three different formulations of the problem are considered. 1) A linear problem with given perturbations of temperature and vertical velocity at the lower boundary of a stably stratified medium. 2) Penetration of an isolated turbulent thermal into such a medium. 3) Impact on the intercepting layer of an intense convective turbulent jet. Analytical solutions of the corresponding model problems are found. The possibility of connecting the considered models with signatures of intense convection, in particular, with dome-shaped protrusions above the anvil of a cumulonimbus cloud (or a cluster of a convective system), which represent the intrusion of a powerful updraft into a stably stratified medium, is discussed.

Теоретически исследуется взаимодействие различных форм конвекции с устойчиво стратифицированными задерживающими слоями в атмосфере. Рассмотрены три различные постановки задачи. 1) Линейная задача с заданными возмущениями температуры и вертикальной скорости на нижней границе устойчиво стратифицированной среды. 2) Проникновение в такую среду изолированного турбулентного термика. 3) Воздействие на задерживающий слой интенсивной конвективной турбулентной струи. Найдены аналитические решения соответствующих модельных задач. Обсуждается возможность связи рассмотренных моделей с сигнатурами интенсивной конвекции, в частности, с куполообразными выступами над наковальней кучево-дождевого облака (или кластера конвективной системы), представляющими собой вторжение мощного восходящего потока в устойчиво стратифицированную среду.

atmospheric convectionintercepting layersstable stratificationtropopausejetsthermalsanalytical modelsnonlinearity: конвекция в атмосферезадерживающие слоиустойчивая стратификациятропопаузаструитермикианалитические моделинелинейностьВульфсон Н.И., Левин Л.М. Метеотрон как средство воздействия на атмосферу. М.: Гидрометеоиздат, 1987. 131 с.Гилл А. Динамика атмосферы и океана. Т. 1. М.: Мир, 1986. 397 c. (Gill A.E. Atmosphere-Ocean Dynamics. N.Y.: Academic Press, 1982).Ингель Л.Х., Макоско А.А. К теории конвективных течений во вращающейся стратифицированной среде над термически неоднородной поверхностью // Вычислительная механика сплошных сред. 2020. Т. 13. № 3. С. 288–297.Ингель Л.Х. Некоторые задачи нелинейной динамики турбулентных термиков // Известия вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64. № 3. С. 227–236.Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами. Под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. М.: Наука, 1979. 830 с.Bedka K. Overshooting cloud-top detections using MSG SEVIRI infrared brightness temperatures and their relationship to severe weather over Europe // Atmos. Res. 2011. V. 99. № 2. P. 175–189.Chernokulsky A., Shikhov A., Yarinich Y., Sprygin A. An empirical relationship among characteristics of severe convective storms, their cloud-top properties and environmental parameters in Northern Eurasia // Atmosphere. 2023. V. 14. 174. https://doi.org/10.3390/atmos14010174Marion G.R, Trapp R.J., Nesbitt S.W. Using overshooting top area to discriminate potential for large, intense tornadoes // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. № 21. P. 12 520–125 26.Stommel H., Veronis G. Steady convective motion in a horizontal layer of fluid heated uniformly from above and cooled non-uniformly from below // Tellus. 1957. V. 9. № 3. P. 401–407.