1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Физика атмосферы и океана
  4. T. 59, № 3, 2023

Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2023, T. 59, № 3, стр. 251-264

Симметричная устойчивость вертикальных бароклинных вихрей с теплым ядром

М. В. Курганский *

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
119017 Москва, Пыжевский пер., 3, Россия

* E-mail: kurgansk@ifaran.ru

Поступила в редакцию 16.01.2023
После доработки 11.02.2023
Принята к публикации 10.03.2023

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.

Ключевые слова: симметричная устойчивость, интенсивные вертикальные вихри, водяные смерчи, пыльные вихри

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 материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Физика атмосферы и океана

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал