Неустойчивость твердотельного вращения хетонного типа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Традиционно считается, что в однородной по плотности жидкости осесимметричное баротропное течение с твердотельным вращением устойчиво. В рамках двухуровенной квазигеострофической модели в настоящей работе показано, что это не так в случае бароклинного течения с твердотельным вращением хетонного типа. Такое течение имеет различные направления вращения на двух уровнях. За счет вертикального сдвига скорости, это течение всегда неустойчиво. В работе развита линейная теория неустойчивости таких течений как в модели без трения, так и модели с экмановским трением. Показано, что для неустойчивости в модели с трением горизонтальное волновое число возмущения должно не превосходить некоторое критическое значение. Установлено, что неустойчивость относительно длинноволновых возмущений в модели без трения носит абсолютный характер, т.е. существует всегда. С развитием неустойчивости может быть связано формирование наблюдаемых возмущений в приосевой зоне интенсивных атмосферных вихрей.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. В. Калашник

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН; Научно-производственное объединение “Тайфун”

Автор, ответственный за переписку.
Email: kalashnik-obn@mail.ru
Россия, Москва; Москва; Обнинск

Список литературы

  1. Дикий Л.А. Гидродинамическая устойчивость и динамика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 107 с.
  2. Булатов В.В., Владимиров Ю.В. Волны в стратифицированных средах. М.: Наука, 2015. 735 с.
  3. Булатов В.В., Владимиров Ю.В. Внутренние гравитационные волны, возбуждаемые пульсирующим источнико м возмущений // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2015. № 6. С. 26-34.
  4. Булатов В.В., Владимиров Ю.В., Владимиров И.Ю. Дальние поля поверхностных возмущений от пульсирующего источника в жидкости бесконечной глубины // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2017. № 5. С. 23-29.
  5. Шакина Н.П. Гидродинамическая неустойчивость в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 309 с.
  6. Гряник В.М., Соколовский М.А., Веррон Ж. Динамика бароклинных вихрей с нулевой суммарной интенсивностью (хетонов) // Сборник “Фундаментальные и прикладные проблемы теории вихрей”. Москва, Ижевск, 2003. С. 547-622.
  7. Badin G. Surface semi-geostrophic dynamics in the ocean // Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 2013. V. 107. P. 526–540.
  8. Blumen W. Uniform potential vorticity flow: part I. Theory of wave interactions and two dimensional turbulence // J. Atmos. Sci. 1978. V. 35. P 774–783.
  9. Dolzhansky F. V. Fundamentals of Geophysical Hydrodynamics. Springer-Verlag: Berlin Heidelberg, 2013. 272 pp.
  10. Held I.M., Pierrehumbert R.T., Garner S.T., Swanson K.L. Surface quasi-geostrophic dynamics // J. Fluid Mech. 1995. V. 282. P. 1–20.
  11. Hogg N.G., Stommel H.M. The heton, an elementary between discrete baroclinic geostrophic vortices, and its implications concerning eddy heat flow // Proc. R. Soc. Lond. 1985. V. A 397. P. 1-20.
  12. Kalashnik M.V., Chkhetiani O.G., Kurgansky M. V. Discrete SQG models with two boundaries and baroclinic instability of jet flows // Phys. Fluids. 2021. V. 33. 076608.
  13. Kalashnik M.V., Kurgansky M.V., Chkhetiani O.G. Baroclinic instability in geophysical fluid dynamics // Phys.-Usp. 2022. V. 65. № 10. P. 1039–1070.
  14. Kalashnik M.V., Chkhetiani O.G., Kurgansky. M.V. Baroclinic instability of spatially-periodic flows in a discrete surface quasi geostrophic model with two levels // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2022. V. 99. 101313.
  15. Kalashnik M.V. Long-wave instabilities in the SQG model with two boundaries // Geophysical and Astrophysical Fluid Dynamics. 2020. https://doi.org/10.1080/03091929.2020.1831483
  16. Pedlosky J. Geophysical Fluid Dynamics. Springer-Verlag, Berlin/New York, 1987. 710 pp.
  17. Phillips N.A. Energy transformation and meridional circulations associated with simple baroclinic waves in a two-level, quasi-geostrophic model // Tellus. 1954. V. 6. P. 273–283.
  18. Sokolovskiy M.A., Verron J. Dynamics of Vortex Structures in a Stratified Rotating Fluid. Cham, Heidelberg: Springer International Publishing, 2014. 371 pp.
  19. Vallis G.K. Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 2006. 758 pp.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Изолинии бароклинного компонента полной функции тока на верхнем уровне для двух моментов времени. По вертикальной и горизонтальной оси отложены безразмерные координаты y и x

Скачать (185KB)
3. Рис. 2. Кривая нейтральной устойчивости на плоскости волновых чисел m = μ и n для значений параметров λ2 = 1/2h2 = 8, S = 2, R = 1

Скачать (45KB)

© Российская академия наук, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.