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. 286-298

Бароклинная модель Большого Красного пятна Юпитера

Б. П. Суетин a, В. В. Жмур a, b, *, О. Г. Чхетиани c

a Московский физико-технический институт
141701 Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский переулок, д. 9, Россия

b Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
117997 Москва, Нахимовский просп., д. 36, Россия

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

* E-mail: zhmur-vladimir@mail.ru

Поступила в редакцию 10.02.2023
После доработки 27.02.2023
Принята к публикации 10.03.2023

Аннотация

В работе предлагается квазигеострофическая бароклинная модель Большого Красного пятна на Юпитера как локализованного вихревого образования в непрерывно стратифицированной вращающейся атмосфере под действием горизонтального течения со сдвигом в приближении f-плоскости. На основе теории эллипсоидальных вихрей получена аналитическая связь геометричеких размеров вихря, потенциальной завихренности вихревого ядра и характеристик фонового течения. Использованы измерения ряда характеристик как вихря, так и фонового течения в миссиях Voyager 1 (1979), Galileo (1996), Cassini (2000). На основе теории получена оценка вертикального размера Большого Красного пятна Юпитера, согласующаяся с экспериментальными данными космического зонда Voyager 1 (1979).

Ключевые слова: Большое Красное пятно Юпитера (БКПЮ), мезомасштабный вихрь, вертикальный размер БКПЮ

Список литературы

  1. Антипов С.В., Незлин М.В., Снежкин Е.Н., Трубников А.С. Автосолитон Россби и лабораторная модель Большого Красного пятна Юпитера // ЖЭТФ. 1985. Т. 89. Вып. 6. С. 1905–1920.

  2. Волокитин А.С., Красносельских В.В. Вихрь Россби как модель Большого Красного пятна Юпитера // Докл. АН СССР. 1981. Т. 260. 3. С. 588–591.

  3. Джалилиан П., Лю Т. Аналитическое решение для крупномасштабного вращающегося слоя жидкости с тепловой конвекцией XXI Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2019. Т. 6. С. 3–11.

  4. Жмур В.В. Мезомасштабные вихри океана. М.: ГЕОС, 2011. 384 с.

  5. Жмур В.В., Панкратов К.К. Динамика эллипсоидального приповерхностного вихря в неоднородном потоке // Океанология. 1989. Т. 29. № 2. С. 205–211.

  6. Келлер В.С., Яворская И.М. Моделирование гидродинамических процессов в атмосферах больших планет // Аэромеханика и газовая динамика. М.: Наука, 1976. С. 256–279.

  7. Кирхгоф Г. Механика. Лекции по математической физике. М.: АН СССР, 1962. Пер. с нем.: Kirchhoff G. Vorlesungen uber ¨ mathematische Physik. Mechanik, Leipzig, 1874.

  8. Ларичев В.Д., Резник Г.М. О двумерных уединенных волнах Россби // Докл. АН СССР. 1976. Т. 231. № 5. С. 1077–1079.

  9. Незлин М.В. Бароклинная модификация баротропной модели Большого Красного пятна Юпитера // Письма в ЖЭТФ. 1981. Т. 34. Вып. 2. С. 83–86.

  10. Петвиашвили В.И. Красное пятно Юпитера и дрейфовый солитон в плазме // Письма в ЖЭТФ. 1980. Т. 32. Вып. 11. С. 632–635.

  11. Романова H.H., Цейтлин В.Ю. О квазигеострофических движениях в баротропной и бароклинной жидкости // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1984. Т. 20. № 2. С. 15–124.

  12. Романова H.H., Цейтлин В.Ю. Уединенные волны Россби в слабостратифицированной среде // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т. 21. № 8. С. 810–815.

  13. Сагдеев Р.З., Шапиро В.Д., Шевченко В.И. Большое красное пятно как синоптический вихрь в юпитерианской атмосфере // Письма в астрон. журн. 1981. Т. 7. Вып. 8. С. 505–509.

  14. Тихомолов Е.М. Поддержание вихревых структур в подогреваемом снизу вращающемся слое жидкости // Письма в ЖЭТФ. 1994. Т. 59. Вып. 3. С. 155–158.

  15. Чаплыгин С.А. Собрание сочинений. Т. 2. М.: Гостехиздат, 1948. 643 с.

  16. Шулейкин В.В. Плоские вихри с эллиптическим ядром на Юпитере (Большое Красное пятно) и на Земле // Астрон. журн. 1976. Т. 20. 4. С. 850–859.

  17. Beaumont D.N. Solitary waves on an unsymmetrical shear flow with applications to Jupiter’s Great Red Spot // Icarus. 1980. V. 41. 3. P. 400–409.

  18. Bolton S.J., Levin S.M., Guillot T., Li C., Kaspi Y., Orton G., Wong M.H., Oyafuso F., Allison M., Arballo J., Atreya S. Microwave observations reveal the deep extent and structure of Jupiter’s atmospheric vortices // Science. 2021. V. 374. Iss. 6570. P. 968–972.

  19. Bouchet F., Sommeria J. Emergence of intense jets and Jupiter’s Great Red Spot as maximum–entropy structures // J. Fluid Mech. 2002. V. 464, P. 165–207.

  20. Busse F.H. A simple model of convection in the Jovian atmosphere // Icarus. 1976. V. 29. № 2. P. 255–260.

  21. Busse F.H. Convection driven zonal flows and vortices in the major planets. Chaos. 1994. V. 4. № 2. P. 123–134.

  22. Chavanis P.H. Statistical mechanics of geophysical turbulence: application to Jovian flows and Jupiter’s Great Red Spot // Physica D. 2005. V. 200. Iss. 3–4. P. 257–272.

  23. Choi D.S., Banfield D. Velocity and vorticity measurements of Jupiter’s Great Red Spot using automated cloud feature tracking // Icarus. 2007. V. 188. № 1. P. 35–46.

  24. Dowling T.E., Ingersoll A.P. Jupiter’s Great Red Spot as a shallow water system // J. Atm. Sci. 1989. V. 46. Iss. 21. P. 3256–3278.

  25. Flierl G.R. Baroclinic solitary waves with radial symmetry // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 1979. V. 3. № 1. P. 15–38.

  26. Williams G.R., Morrison P.J. Vilasur Swaminathan R. // Jovian vortices and jets. 2019. Fluids. V. 4. № 2. P. 104.

  27. Golitsyn G.S. A similarity approach to the general circulation of planetary atmospheres // Icarus. 1970. V. 13. № 1. P. 1–24.

  28. Heimpel M.H., Yadav R.K., Featherstone N.A., Aurnou J.M. Polar and mid–latitude vortices and zonal flows on Jupiter and Saturn // Icarus. 2022. V. 379. Iss. 6. P. 114 942.

  29. Hide R. Origin of Jupiter’s Great Red Spot // Nature. 1961. V. 190. Iss. 4779. P. 895–896.

  30. Ingersoll A.P. Inertial Taylor columns and Jupiter’s Great Red Spot // J. Atm. Sci. 1969 V. 26. Iss. 4 P. 744–752.

  31. Jones C.A., Kuzanyan K.M. Compressible convection in the deep atmospheres of giant planets // Icarus. 2009. V. 204(1). P. 227–238.

  32. Kaspi Y. Inferring the depth of the zonal jets on Jupiter and Saturn from odd gravity harmonics // Geophys. Res. Let. 2013. V. 40(4). P. 676–680.

  33. Kaspi Y., Galanti E., Hubbard W.B., Stevenson D.J., Bolton S.J., Iess L., Guillot T., Bloxham J., Connerney J.E.P., Cao H., Durante D. Jupiter’s atmospheric jet streams extend thousands of kilometres deep // Nature. 2018. V. 555. Iss. 7695. P. 223–226.

  34. Marcus P.S. Numerical simulation of Jupiter’s Great Red Spot // Nature. 1988. V. 331. Iss. 6158. P. 693–696.

  35. Marcus P.S., Lee C. 1994. Jupiter’s Great Red Spot and zonal winds as a self–consistent, one–layer, quasigeostrophic flow // Chaos. 1994. V. 4. № 2. P. 269–286.

  36. Maxworthy T., Redekopp L.G. New theory of the Great Red Spot from solitary waves in the Jovian atmosphere // Nature. 1976. V. 260. Iss. 5551. P. 509–511.

  37. Meacham S.P. Quasigeostrophical ellipsoidal vortices in stratified fluid // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 1992. V. 16. № 3–4. P. 189–223.

  38. Michel J., Robert R. Statistical mechanical theory of the Great Red Spot of Jupiter // J. Stat. Phys. 1994. V. 77(3). P. 645–666.

  39. Miller J., Weichman P.B., Cross M.C. Statistical mechanics, Euler’s equation, and Jupiter’s Red Spot // Phys. Rev. A. 1992. V. 45(4). P. 2328–2359.

  40. Pankratov K.K., Zhmur V.V. A dynamics of desinglarized quasigeostrophic vortices // Phys. Fluids A. 1991. V. 3. P. 1464.

  41. Parisi M., Kaspi Y., Galanti E., Durante D., Bolton S.J., Levin S.M., Buccino D.R., Fletcher, L.N., Folkner W.M., Guillot T., Helled R. The depth of Jupiter’s Great Red Spot constrained by Juno gravity overflights // Science. 2021. V. 374. Iss. 6570. P. 964–968.

  42. Read P.L., Gierasch P.J. Mapping potential–vorticity dynamics on Jupiter. II: the Great Red Spot from Voyager 1 and 2 data // Q.J.R. Meteorol. Soc. 2006. V. 132. P. 1605–1625.

  43. Sagan C. A Truth Table Analysis of Models of Jupiter’s Great Red Spot // Comments Astrophys. Space Phys. 1971. V. 3. P. 65–72.

  44. Shetty S., Marcus P.S. Changes in Jupiter’s Great Red Spot (1979–2006) and Oval BA (2000–2006) // Icarus. 2010. V. 210. № 1. P. 182–201.

  45. Simon A.A., Tabataba–Vakili F., Cosentino R., Beebe R.F., Wong M.H., Orton, G.S. Historical and contemporary trends in the size, drift, and color of Jupiter’s Great Red Spot // Astron. J. 2018. V. 155. № 4. P. 151.

  46. Smoluchowski R. Jupiter’s convection and its red spot // Science. 1970. V. 168. Iss. 3937. P. 1340–1342.

  47. Sommeria J., Meyers S.D., Swinney H.L. Laboratory simulation of Jupiter’s great red spot // Nature. 1988. V. 331. Iss. 6158. P. 689–693.

  48. Williams G.P., 1979. Ultra–long baroclinic waves and Jupiter’s Great Red Spot // J. Meteorol. Soc. Jpn. Ser. II. 1979. V. 57(2). P. 196–198.

  49. Williams, G.P. 1985. Jovian and Comparative Atmospheric Modeling // In Advances in Geophysics. V. 28. P. 381–429. Elsevier.

  50. Williams G.P. 2003. Jet sets // J. Meteorol. Soc. Jpn. Ser. II. V. 81(3). P. 439–476.

  51. Wong M.H., Marcus P.S., Simon A.A., de Pater I., Tollefson J.W., Asay–Davis X. Evolution of the horizontal winds in Jupiter’s Great Red Spot from one Jovian year of HST/WFC3 maps // Geophys. Res. Let. 2021. V. 48(18). P. e2021GL093982.

  52. Yadav R.K., Heimpel M., Bloxham J. Deep convection–driven vortex formation on Jupiter and Saturn // 2020. Sci. Advances. 2020. V. 6(46). P. eabb9298.

  53. Yavorskaya I.M., Belyaev Y.N. On a convective model of Jupiter // Acta Astronaut. 1982. V. 9(6–7). P. 481–486.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Физика атмосферы и океана

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал