Симметричная устойчивость вертикальных бароклинных вихрей с теплым ядром

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Сделана попытка связать морфологические характеристики интенсивных конвективных вихрей, таких как (водяные) смерчи и пыльные вихри, с их гидродинамической устойчивостью. Рассмотрена симметричная устойчивость циклострофически сбалансированных вертикальных бароклинных вихрей, радиус максимального ветра которых зависит от высоты. Показана устойчивость узких, близких к цилиндрическим в своей нижней части вихрей с радиусом, который затем с возрастающей скоростью увеличивается с высотой и становится бесконечным на конечном уровне над поверхностью Земли. Напротив, более широкие вихри конической формы удовлетворяют необходимому условию неустойчивости, и высказывается гипотеза о том, что это отчасти объясняет более диффузный, неорганизованный характер подобного рода пыльных вихрей. Рассмотрена возможность постановки задачи с учетом общего вращения.

Об авторах

М. В. Курганский

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kurgansk@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

Список литературы

  1. Арнольд В.И. Об условиях нелинейной устойчивости плоских стационарных криволинейных течений идеальной жидкости // ДАН СССР. 1965. Т. 162. № 5. С. 975–978.
  2. Вараксин А.Ю. Воздушные торнадоподобные вихри: математическое моделирование // ТВТ. 2017. Т. 55. № 2. С. 291–316.
  3. Ингель Л.Х. О динамике инерционных частиц в интенсивных атмосферных вихрях // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 6. С. 632–640.
  4. Калашник М.В., Свиркунов П.Н. О симметричной устойчивости состояний циклострофического и геострофического баланса в стратифицированной среде // ДАН. 1996 Т. 348. № 6. С. 811–813.
  5. Калашник М.В., Курганский М.В., Чхетиани О.Г. Бароклинная неустойчивость в геофизической гидродинамике // УФН. 2022. Т. 192. № 10. С. 1110–1144.
  6. Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М., Хортон В., Федун В.Н. Структура и динамика концентрированных мезомасштабных вихрей в атмосферах планет // УФН. 2020. Т. 190. № 7. С. 732–748.
  7. Balme M., Greeley R. Dust devils on Earth and Mars // Rev. Geophys. 2006. V. 44. P. RG3003.
  8. Bluestein H.B., Weiss C.C., Pazmany A.L. Doppler radar observations of dust devils in Texas // Mon. Wea. Rev. 2004. V. 132. № 1. P. 209–224.
  9. Fenton L.K., Metzger S.M., Michaels T.I., Scheidt S.P., Dorn T.C., Neakrase L.D.V., Cole B., Sprau O. Meteorological and geological controls on dust devil activity: Initial results from a field study at Smith Creek Valley, Nevada, USA // Aeolian Research. 2022. V. 59. P. 100 831.
  10. Fiedler B.H. Conditions for laminar flow in geophysical vortices // J. Atmos. Sci. 1989. V. 46. P. 252–259.
  11. Hess G.D., Spillane K.T. Characteristics of dust devils in Australia // J. Appl. Meteorol. 1990. V. 29. P. 498–507.
  12. Ito J., Niino H. Particle image velocimetry of a dust devil observed in a desert // SOLA. 2014. V. 10. P. 108–111.
  13. Kahanpää H, Newman C., Moores J., Zorzano M.-P., Martín-Torres J., Navarro S., Lepinette A., Cantor B., Lemmon M. T., Valentín–Serrano P., Ullán A., Schmidt W. Convective vortices and dust devils at the MSL landing site: annual variability // J. Geophys. Res. Planets 2016. V. 121(8). P. 1514–1549.
  14. Kanak K.M., Lilly D.K., Snow J.T. The formation of vertical vortices in the convective boundary layer // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2000. V. 126. P. 2789–2810.
  15. Kurgansky M.V. A simple model of dry convective helical vortices (with applications to the atmospheric dust devil) // Dyn. Atmos. Oceans. 2005. V. 40. P. 151–162.
  16. Kurgansky M.V. Steady-state properties and statistical distribution of atmospheric dust devils // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. P. L19S06(1–4).
  17. Kurgansky M.V. Simple models of helical baroclinic vortices // Procedia IUTAM. 2013. V. 7. P. 193–202.
  18. Kurgansky M.V., Lorenz R.D., Renno N.O., Takemi T., Gu Z., Wei W. Dust devil steady-state structure from a fluid dynamics perspective // Space Sci. Rev. 2016. V. 203(1–4). P. 209–244.
  19. Kurgansky M.V., Montecinos A., Villagran V., Metzger S.M. Micrometeorological conditions for dust-devil occurrence in the Atacama Desert // Boundary-Layer Meteorol. 2011. V. 138. P. 285–298.
  20. Leverson V.H., Sinclair P.C., Golden J.H. Waterspout wind, temperature and pressure structure deduced from aircraft measurements // Mon. Wea. Rev. 1977. V. 105(6). P. 725–733.
  21. Ooyama K. On the stability of the baroclinic circular vortex: A sufficient condition for instability // J. Atmos. Sci. 1966. V. 23. № 1. P. 43–53.
  22. Rayleigh L. On the dynamics of revolving fluids // Proc. R. Soc. 1917. V. A 93. P. 148–154.
  23. Rennó N.O., Burkett M.L., Larkin M.P. A simple thermodynamical theory for dust devils // J. Atmos. Sci. 1998. V. 55. P. 3244–3252.
  24. Schwiesow R.L. Horizontal velocity structure in waterspouts // J. Appl. Meteor. 1981. V. 20. P. 349–360.
  25. Stull R.B. Meteorology for Scientists and Engineers. 3rd ed. Univ. of British Columbia, 2011. 938 pp.
  26. Vatistas G.H., Kozel V., Mih W.C. A simpler model for concentrated vortices // Exp. Fluids. 1991. V. 11. P. 73–76.

Дополнительные файлы



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

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах