Генерация мелкомасштабных смерчей в атмосфере

Исследован механизм генерации мелкомасштабных смерчей (мини-торнадо) в земной атмосфере. Согласно современным представлениям смерчи возникают в конвективно-неустойчивой атмосфере. В результате нагрева Земли солнечным излучением в дневном приповерхностном слое возникает конвективно-неустойчивый слой, где температура достаточно быстро убывает с высотой (слой с суперадиабатическим градиентом температуры), что служит причиной конвективной неустойчивости атмосферы. Выведена система гидродинамических уравнений для нелинейных внутренних гравитационных волн в такой конвективно неустойчивой атмосфере. В рамках этой системы уравнений исследована модель генерации смерчей. Предложено осесимметричное нестационарное решение этих уравнений, соответствующее растущим во времени полоидальным конвективным ячейкам, экспоненциально локализованным по радиусу. Показано, что во внутренней области вихря вертикальная скорость вещества направлена вверх, а во внешней – вниз. Радиальная скорость направлена к центру вихря. Обсуждается модель динамики неустойчивости полоидальных конвективных ячеек, в которых экспоненциально растут во времени вертикальная и радиальная компоненты скорости. Полоидальная завихренность в конвективных ячейках изменяет знак при некотором характерном радиусе. Показано, что конвективно-неустойчивая атмосфера с внешним тороидальным крупномасштабным движением неустойчива относительно генерации мелкомасштабных смерчей. Исследовано влияние крупномасштабного тороидального движения неоднородного по высоте. Показано, что генерируемые в таком слое смерчи не меняют знак завихренности, в отличие от ранее исследованных смерчей в атмосфере с однородной по высоте внешней тороидальной завихренностью. Исследованы основные особенности таких смерчей и произведено сравнение их с наблюдениями.