Режимы поведения квазигеострофического эллипсоидального вихря на горизонтальном потоке с вертикальным сдвигом
- Авторы: Арутюнян Д.А.1, Жмур В.В.1,2
-
Учреждения:
- Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
- Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
- Выпуск: Том 65, № 4 (2025)
- Страницы: 548-568
- Раздел: Физика моря
- URL: https://journals.eco-vector.com/0030-1574/article/view/692399
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0030157425040024
- ID: 692399
Цитировать
Полный текст



Аннотация
В работе рассмотрена задача о режимах поведения бароклинных геострофических вихрей эллипсоидальной формы ядра в горизонтальных течениях с вертикальным сдвигом. В таких течениях ядро вихря зажато между двумя неподвижными горизонтальными плоскостями, которых вихрь касается своими верхней и нижней точками. Длины всех полуосей эллипсоида под действием фонового течения могут меняться, также меняются углы ориентации вихря в пространстве. Авторами выделено три варианта поведения вихрей. Первый – режим выживания вихрей в сдвиговом потоке, при котором вихрь неограниченно долго во времени испытывает конечные колебания длин полуосей и может довольно сложно вести себя по углам ориентации. Так ведут себя сильные вихри. Во втором режиме вихрь с самого начала вытягивается вдоль течения, оставаясь в конечных горизонтальных размерах поперек течения, и сплющивается по вертикали. Это режим уничтожения вихря течением, конечным результатом которого является формирование из вихря тонкой вертикальной структуры океана. Такой эволюции подвергаются слабые вихри. Этот режим назван режимом неограниченного вытягивания. Наконец, существует третий вариант поведения вихрей, названный режимом конечного времени жизни, в котором на конечном промежутке времени вихрь живет подобно режиму выживания (его форма ограниченно деформируется, сам вихрь вращается или колеблется в пространстве), а затем вихрь неограниченно вытягивается аналогично режиму уничтожения. Авторы выделили области существования каждого режима на плоскости безразмерных параметров задачи и определили границы, разделяющие вышеуказанные режимы поведения вихрей.
Об авторах
Д. А. Арутюнян
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Email: arutyunyan.da@phystech.su
Долгопрудный, Россия
В. В. Жмур
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет); Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАНДолгопрудный, Россия; Москва, Россия
Список литературы
- Елкин Д.Н., Зацепин А.Г., Шварцман Д.Р. Предварительные результаты лабораторных исследований эволюции нефронтальных вихрей в двухслойной вращающейся жидкости // Океанологические исследования. 2023. Т. 51. № 1. С. 5–35.
- Жмур В.В. Мезомасштабные вихри в океане. М.: ГЕОС, 2011. 290 с.
- Жмур В.В., Белоненко Т.В., Новоселова Е.В., Суетин Б.П. Условия трансформации мезомасштабного вихря в субмезомасштабную вихревую нить при вытягивании его неоднородным баротропным течением // Океанология. 2023. Т. 63. № 2. С. 200–210. doi: 10.31857/S0030157423020144
- Жмур В.В., Белоненко Т.В., Новоселова Е.В., Суетин Б.П. Приложение к реальному океану теории трансформации мезомасштабного вихря в субмезомасштабную вихревую нить при вытягивании его неоднородным баротропным течением // Океанология. 2023. Т. 63. № 2. С. 211–223. https://doi.org/10.31857/S0030157423020156
- Жмур В.В., Панкратов К.К. Динамика эллипсоидального приповерхностного вихря в неоднородном потоке // Океанология. 1989. Т. 29. № 2. С. 205–211.
- Жмур В.В., Щепеткин А.Ф. Эволюция эллипсоидального вихря в стратифицированном океане в приближении f-плоскости // Изв. АН СССР. ФАО. 1991. Т. 27. № 5. С. 492–503.
- Зацепин А.Г., Кондрашов А.А., Корж А.О. и др. Субмезомасштабные вихри на кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы // Океанология. 2011. Т. 51. № 4. С. 592–605.
- Ламб Г. Гидродинамика. М.; Л.: Гостехиздат,1947. 928 с.
- Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1977. 5-е изд. 736 с.
- Чаплыгин С.А. Собрание сочинений. Т. 2. М: Гостехиздат, 1948. 643 с.
- Bane J.M., O’Keefe L.M., Watts D.R. Mesoscale eddies and submesoscale coherent vortices: their existence near and interaction with the Gulf Stream // Mesoscale/Synoptic Coherent Structures In Geophysical Turbulence. Elsevier Ocean0graphy Series, 50. Elselvier. Amsterdam – Oxford – N.Y. – Tokio, 1989. P. 501–518.
- Chaplygin S.A. On a pulsating cylindrical vortex // Trans. Phys. Sect. Imperial Moscow Soc. Friends of Natural Sciences. 1989. V. 10. № 1. P. 13–22.
- Dritsche, D.G., Reinaud J.N., McKiver W.J. The quasi-geostrophic ellipsoidal vortex model // Journal of Fluid Mechanics. 2004. V. 505. P. 201–223.
- Kida S. Motion of an elliptic vortex in uniform shear flow // J. Phys. Soc. Japan. 1981. 50(10). P. 3517–3520.
- Kirchhoff G. Vorlesungen über matematische Physic: Mechanik. Teubner, Leipzig. 1876. 466 p.
- McKiver W.J., Dritschel D.G. (2003) The motion of a fluid ellipsoid in a general linear background flow // Journal of Fluid Mechanics. 2003. V. 474. P. 147–173. https://doi.org/10.1017/S0022112002002859
- McKiver W.J., Dritschel D.G. The stability of a quasi-geostrophic ellipsoidal vortex in a background shear flow // Journal of Fluid Mechanics. 2006. V. 560. P. 1–17.
- McKiver W.J., Dritschel G.G. Balanced solutions for an ellipsoidal vortex in a rotating stratified flow // Journal of Fluid Mechanics. 2016. V. 802. P. 333–358. https://doi.org/10.1017/jfm.2016.462.
- Meacham S.P., Pankratov K.K., Shchepetkin A.F., Zhmur V.V. The interaction of ellipsoidal vortices with background shear flows in a stratified fluid // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 1994. V. 21. № 2–3. P. 167–212. https://doi.org/10.1016/0377-0265(94)90008-6
- Polvani L.M., Flierl G.R. Generalized Kirchhoff vortices // Phys. Fluids. 1986. V. 29. P. 2376–2379. https://doi.org/10.1063/1.865530
- Zhmur V.V., Pankratov K.K. Dynamics of desingularized quasigeostrophic vortices // Physics of Fluids A: Fluid Dynamics. 1991. V. 3. № 5. P. 1464–1464. https://doi.org/10.1063/1.857998
Дополнительные файлы
