Геофизическая гидродинамика дискретных вихрей и вихревых пятен: приложения к динамике атмосферы/океана

Аннотация к заявке:

Динамические процессы в атмосфере и океане в значительной мере характеризуются мезомасштабной и субмезомасштабной изменчивостью, проявляющейся на пространственных масштабах от нескольких до сотен километров и временных масштабах от дней до нескольких месяцев. В атмосфере мезомасштабные (синоптические) вихри вносят основной вклад в характер погодных условий на больших территориях. В океане их роль является доминирующей в формировании средних распределений океанографических характеристик и их климатической изменчивости. Изучение мезомасштабных вихрей в атмосфере и океане важно также для лучшего понимания физических процессов в атмосферах других планет, что подчеркивает его фундаментальную роль.

Большинство важных результатов, касающиеся описания природных геофизических явлений (атмосферный блокинг в средних широтах, обтекание гор воздушным потоком и островов океанским течением, образование топографических вихрей, меандрирование струйных течений, обрушение внутренних волн, слияние и разделение вихрей и др.) так или иначе получены с использованием теоретических оценок и модельных расчетов. Эти соображения легли в основу данного проекта. Широкий набор задач первого раздела программы посвящен исследованию закономерностей динамики дискретных и распределенных вихрей на теоретическом уровне строгости. Мы планируем получить новые семейства стационарных состояний системы вихрей и исследовать их устойчивость. Во втором разделе будут представлены результаты численного моделирования особенностей поведения таких природных объектов как стратосферный полярный вихрь, Лофотенский вихрь в Норвежском море и внутритермоклинные вихри в океане. Мы дадим объяснение наблюдаемым свойствам их эволюции под влиянием внешних воздействий.

Предварительные результаты:

В рамках трехслойной квазигеострофической модели получено семейство стационарных решений – n-модальных хореографий, представляющих собой замкнутые траектории трех вихрей: два из них – циклонический и антициклонический - принадлежат среднему слою и изображены на рисунке, соответственно, зеленой и синей кривыми, и один, циклонический, находится в верхнем слое (красная линия); нижний слой пассивен. Круглые маркеры отвечают начальным положениям вихрей. Этот вычислительный эксперимент (и многочисленные другие) дают представление о механизмах взаимодействия внутритермоклинных линз с поверхностным вихрем в океане.