Семнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»
XVII.D.177
О влиянии силы Кориолиса на АКА эффект
Руткевич П.Б. (1), Голицын Г.С. (2), Руткевич П.П. (3), Тур А.В. (4)
(1) ИКИ, Москва, Россия
(2) ИФА, Москва, Россия
(3) Institute Of Chemical And Engineering Sciences Limited, A*STAR, Сингапур, Сингапур
(4) Institut de Recherche en Astrophysique et Planetologie (IRAP), Тулуза, Франция
Крупномасштабные вихри — это нелинейные формирования, которые переносят не только энергию и импульс, но в отличие от волн и саму среду. Важность процессов генерации крупномасштабных когерентных вихревых структур в гидродинамике хорошо известна. В силу многомерности и существенной нелинейности вихрей, их теория и описание взаимодействия развиты еще недостаточно. Крупномасштабные неустойчивости под действием мелкомасштабной спиральной и неспиральной случайной внешней силы в несжимаемой жидкости рассмотрены в работах [1-9]. Сложность этих объектов в определенной степени связана с отсутствием одномерного приближения и невозможностью линеаризации вихрей. Также вихри могут быть описаны, используя Анизотропный Кинетический Альфа (АКА) эффект [10]. В этом приближении крупномасштабная неустойчивость появляется под действием мелкомасштабной неспиральной внешней силы, в которой не сохраняется чётность. Внешняя сила в работе [10] предполагалась неслучайной, что позволило авторам применить необычный для теории турбулентности математический аппарат: разложение по малому параметру с получением крупномасштабных уравнений из соответствующих секулярных соотношений, которые появляются во многих порядках разложения. Этот метод с успехом применялся также и в других работах [11,12]. Выбор внешней силы в таких задачах является очень важным, поскольку внешняя сила моделирует мелкомасштабную турбулентность.
В настоящей работе рассматривается АКА эффект в несжимаемой жидкости в трёхмерном пространстве под действием внешней силы, не сохраняющей чётность, с учётом силы Кориолиса. Вслед за работой [10] считаем, внешнюю силу F неспиральной, но не сохраняющей чётность. Считаем также, что она имеет только вихревые компоненты div F=0, и что среднее по периоду значение внешней силы равно нулю.
В силу специфики метода [10], крупномасштабные решения зависят от вертикальной координаты. Крупномасштабная неустойчивость в работе [10] исследовалась методом разложения по вертикальным Фурье гармоникам. Поскольку наша работа является обобщением работы [10], мы применяем такую же методику. В результате получена эволюция Фурье мод скоростей на крупном масштабе, а также трёхмерные фазовые диаграммы эволюции обеих компонент крупномасштабной скорости.
Работа частично поддержана IRAP, г. Тулуза, Франция.
Ключевые слова: АКА эффект, чётность, спиральность, турбулентность, крупномасштабный вихрь.
Литература:
- Моисеев С.С., Сагдеев Р.З., Тур А.В., Хоменко Г.А., Яновский В.В. Теория возникновения крупномасштабных структур в гидродинамической турбулентности // ЖЭТФ. 1983. Т. 85. Вып. 6(12). С. 1979–1987.
- Моисеев С.С., Сагдеев Р.З., Тур А.В., Хоменко Г.А., Шукуров А.М. Физический механизм усиления вихревых возмущений в атмосфере // Доклады АН СССР. 1983. Т. 273. № 3. С. 549–553.
- Моисеев С.С., Руткевич П.Б., Тур А.В., Яновский В.В. Вихревое динамо в конвективной среде со спиральной турбулентностью // ЖЭТФ. 1988. Т. 94. Вып. 2. С. 144–153.
- Лупян Е.А., Мазуров А.А., Руткевич П.Б., Тур А.В. Генерация крупномасштабных вихрей под действием спиральной турбулентности конвективной природы // ЖЭТФ. 1992. 102. № 5. С. 1540-1552.
- Лупян Е.А., Мазуров А.А., Руткевич П.Б., Тур А.В. Сценарий развития крупномасштабных вихревых структур в атмосфере // ДАН РАН. 1993. 329. № 6. С. 720-722.
- Руткевич П.Б. Уравнение вихревой неустойчивости, обусловленной конвективной турбулентностью и силой Кориолиса // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1993. Т. 104. Вып. 6(12). С. 4010-4020.
- Руткевич П.Б. Генерационные свойства конвективной турбулентности в поле силы Кориолиса // Доклады Академии наук РАН, 1994. Т. 334. № 1. С. 44-46.
- Руткевич П.Б., Моисеев С.С. Эволюция и стационарное состояние крупномасштабной вихревой структуры // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1996. Т.109. Вып. 5. С. 1634-1644.
- G. V. Levina, S. S. Moiseev and P. B. Rutkevich, “Hydrodynamic Alpha-Effect in a Convective System,” Advances in Fluid Mechanics, Vol. 25, 2000, p. 111.
- U. Frisch, Z.S. She and P. L. Sulem, “Large-Scale Flow Driven by the Anisotropic Kinetic Alpha Effect,” Physica D, Vol. 28, No. 3, 1987, pp. 382-392.
- A. Tur, V. Yanovsky. Non Linear Vortex Structures in Stratified Fluid Driven by Small-Scale Helical Force. Open Journal of Fluid Dynamics, 2013, 3, 64-74.
- M.I. Kopp, A.V. Tur, V. V. Yanovsky. Large_Scale Convective Instability in an Electroconducting Medium with small_Scale Helicity/ Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2015, Vol. 120, No. 4, pp. 733–750.
Презентация доклада
Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов
211