Перераспределение энергии при горизонтальном вытягивании океанских вихрей баротропными течениями

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В работе предлагается исследование трансформации физических свойств мезомасштабных вихрей при их сильном вытягивании горизонтальными баротропными течениями. Показано, что при вытягивании ядра кинетическая и доступная потенциальная энергии вихря каждая в отдельности, а также их сумма (полная механическая энергия вихря) уменьшаются, а сам вихрь деградирует по всем физическим параметрам. Уменьшение энергии ансамбля вихрей при их вытягивании фоновым течением интерпретируется как проявление свойства обратного энергетического каскада или, в более старой терминологии, явления отрицательной вязкости.

Об авторах

В. В. Жмур

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: zhmur-vladimir@mail.ru
Россия, Москва

Д. А. Арутюнян

Московский физико-технический институт (государственный университет)

Email: zhmur-vladimir@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Голицын Г.С. Вероятностные структуры макромира: землетрясения, ураганы, наводнения. М.: Физматлит, 2021. 176 с.
  2. Жмур В.В. Мезомасштабные вихри океана. М.: ГЕОС, 2011. 384 с.
  3. Жмур В.В., Новоселова Е.В., Белоненко Т.В. Потенциальная завихренность в океане: подходы Эртеля и Россби с оценками для Лофотенского вихря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 6. С. 721–732.
  4. Жмур В.В., Панкратов К.К. Динамика эллипсоидального приповерхностного вихря в неоднородном потоке // Океанология. 1989. Т. 29. № 2. С. 205–211.
  5. Жмур В.В., Панкратов К.К. Дальнее взаимодействие ансамбля квазигеострофичнских эллипсоидальных вихрей. Гамильтонова формулировка // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т. 26. № 9. С. 972–981.
  6. Жмур В.В., Щепеткин А.Ф. Эволюция эллипсоидального вихря в стратифицированном океане в приближении f-плоскости // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1991. Т. 27. № 5. С. 492–503.
  7. Зацепин А.Г., Баранов В.И., Кондрашов А.А. и др. Субмезомасштабные вихри на кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы // Океанология. 2011. Т. 51. № 4. С. 592–605.
  8. Ларичев В.Д., Резник Г.М. Сильнонелинейный двумерный солитон волн Россби // Океанология. 1976. Т. 16. № 6. С. 961–967.
  9. Bower A.S., Hendry R.M., Amrhein D.E., Lilly J.M. Direct observations of formation and propagation of subpolar eddies into the Subtropical North Atlantic // Deep-Sea Research II. 2013. V. 85. P. 15–41. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2012.07.029
  10. Brannigan L. Intense submesoscale upwelling in anticyclonic eddies // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. № 7. P. 3360–3369. https://doi.org/10.1002/2016GLO67926
  11. Brannigan L., Marshall D.P., Naveira-Garabato A. et al. Submesoscale instabilities in mesoscale eddies // Journal of Physical Oceanography. 2017. V. 47. № 12. P. 3061–3085. https://doi.org/10.1175/JPO-D-16-0178.1
  12. Capet X., McWilliams J.C., Molemaker M.J., Shchepetkin A.F. Mesoscale to submesoscale. Transition in the California current system. Part I: flow structure, eddy flux, and observational tests // Journal of Physical Oceanography. 2008. V. 38. № 1. P. 29–43. https://doi.org/10.1175/2007JPO3671.1
  13. Capet X., McWilliams J.C., Molemaker M.J., Shchepetkin A.F. Mesoscale to submesoscale transition in the California current system. Part II: frontal processes // Journal of Physical Oceanography. 2008. V. 38. № 1. P. 44–46. https://doi.org/10.1175/2007JPO3672.1
  14. Capet X., McWilliams J.C., Molemaker M.J., Shchepetkin A.F. Mesoscale to submesoscale transition in the California current system. Part III: energy and balance flux // Journal of Physical Oceanography. 2008. V. 38. № 10. P. 2256–2269. https://doi.org/10.1175/2008JPO3810.1
  15. de Marez C., Carton X., Corréard S. et al. Observations of a deep submesoscale cyclonic vortex in the Arabian Sea // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. № 13, e2020GL087881 (10 p.). https://doi.org/10.1029/2020GL087881
  16. Ertel H. Ein neuer hydrodynamischer Erhaltungssatz. Die Naturwissenschaften. 1942. V. 36. P. 543–544.
  17. Ertel H. Über hydrodynamischer Wirbelsätze. Physikalische Zeitschrift Leipzig. 1942. V. 43. P. 526–529.
  18. Ertel H. Ein neuer hydrodynamischer Wirbelsatz. Meteorologische Zeitschrift. 1942. V. 59. P. 277–281.
  19. Gula J., Blacic T.M., Todd R.E. Submesoscale coherent vortices in the Gulf Stream // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. № 5. P. 2704–2714. https://doi.org/10.1029/2019GL081919
  20. Klein P., Lapeyre G. The oceanic vertical pump induced by mesoscale and submesoscale turbulence // Annu. Rev. Mar. Sci. 2009. V. 1. № 1. P. 351–357. https://doi.org/10.1146/annurev.marine.010908.163704
  21. Koshel K.V., Ryzhov E.A., Zhmur V.V. Ellipsoidal vortex in a nonuniform flow: dynamics and chaotic advections // J. Mar. Res. 2011. V. 69. № 2–3. P. 435–461.
  22. Koshel K.V., Ryzhov E.A., Zhmur V.V. Diffusion – effected passive scalar transport in an ellipsoidal vortex in a shear flow // Nonlinear Processes in Geophysics. 2013. V. 20. P. 437–444. https://doi.org/10.5194/npg-20-437-2013
  23. Koshel K.V., Ryzhov E.A., Zhmur V.V. Effect of the vertical component of diffusion on passive scalar transport in an isolated vortex model // Phys. Rev. 2015. V. 92. № 5. 053021. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.92.053021
  24. Mahadevan A.,Tandon A. An analysis of mechanisms for submesocale vertical motion at fronts // Ocean Modelling. 2006. V. 14. № 3. P. 241–256. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2006.05.006
  25. McKiver W.J. Balanced ellipsoidal vortex at finite Rossby number // Geophysical and Astrophysical Fluid Dynamics. 2020. V. 114. № 4-5. P. 1–26. https://doi.org/10.1080/03091929.2020.1755671
  26. Meacham S.P. Quasigeostrophic, ellipsoidal vortices in a stratified fluid // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 1992. V. 16. № 3–4, P. 189–223.
  27. 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
  28. Pankratov K.K., Zhmur V.V. A dynamics of desingularized quasigeostrophic vortices // Phys. Fluids A. 1991. V. 3. P. 1464.
  29. Roullet G., Klein P. Cyclone-anticyclone asymmetry in geophysical turbulence // Phys. Rev. 2010. V. 104. № 21. 218501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.218501
  30. Zhmur V.V., Novoselova E.V., Belonenko T.V. Peculiarities of Formation the of Density Field in Mesoscale Eddies of the Lofoten Basin: Part 1 // Oceanology. 2021. V. 61. № 6. P. 830–838.

Дополнительные файлы


© В.В. Жмур, Д.А. Арутюнян, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

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

О куки-файлах