Конвективные ячейки внутренних гравитационных волн в окрестности мезопаузы
Категория: 16-3УДК 550.348.098.45; 551.511
© 2015 г. О.Г. Онищенко(1,2), О.А. Похотелов(1), Н.М. Астафьева(2)
(1) Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия
(2) Институт космических исследований РАН, г. Москва, Россия
Изучено влияние неоднородных ветров со сдвигом скорости на вихревую структуру (типа роллов) в атмосфере. Выведена замкнутая система уравнений, описывающих нелинейную динамику внутренних гравитационных волн в атмосфере с конечными вертикальными градиентами температуры и ветра. В квазистационарном приближении полученная система нелинейных уравнений приводится к одному, имеющему вихревое решение.
Исследована зависимость пространственных масштабов и скорости перемещения роллов от параметров атмосферы и неоднородности ветра. Показано, что эти вихревые структуры могут существовать в динамически неустойчивой окрестности мезопаузы, играя решающую роль в конвекции мезосферы и генерации атмосферной турбулентности, и влиять на глобальную циркуляцию.
Ключевые слова: внутренние гравитационные волны, мезопауза, устойчивость, нелинейные структуры.
Литература
Ларичев В.Д., Резник Г.М. О двумерных уединенных волнах Россби // Докл. АН СССР. 1976. Т. 231, № 5. С.1077–1079.
Михайловский А.Б., Лахин В.П., Онищенко О.Г., Смоляков А.И. К теории вихрей в плазме // ЖЭТФ. 1984. Т. 86, № 6. С.2061–2074.
Онищенко О.Г., Похотелов О.А. Генерация зональных структур внутренними гравитационными волнами в земной атмосфере // Докл. РАН. 2012. Т. 445, № 1. С.86–89.
Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М. Генерация крупномасштабных вихрей и зональных ветров в атмосферах планет // Успехи физ. наук. 2008. Т. 178, № 6. C.605–616.
Петвиашвили В.И., Похотелов О.А. Уединенные вихри в плазме и атмосфере. М.: Энергоатомиздат, 1989. 200 с.
Dunkerton T.J. Shear instability of internal inertia-gravity waves // J. Atmosp. Sci. 1987. V. 54. P.1628–1641.
Fritts D.C., Alexander M.J. Gravity wave dynamics and effects in the middle atmosphere // Rev. Geophys. 2003. V. 41, N 1. doi: 10.1029/2001RG000106.
Gardner C.S., Zhao Y., Liu A. Atmospheric stability and gravity wave dissipation in the mesopause region // J. Atmosp. Solar Terr. Phys. 2002. V. 64. P.923–929.
Horton W., Kaladze T.D., Van Dam J.W. Zonal flow generation by internal gravity waves in the atmosphere // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. A08312. doi: 10.1029/2007JA012952.
Onishchenko O.G., Pokhotelov O.A., Fedun V.N. Convective cells of internal gravity waves in the Earth's atmosphere with finite temperature gradient // Ann. Geophys. 2013. V. 31. P.459–462.
Sherman J.P., Che C.Y. Seasonal variation of mesopause region wind shears, convective and dynamic instabilities above Fort Collins, CO: A statistical study // J. Atmos. Solar Terr. Phys. 2006. V. 68. P.1061–1074.
Stenflo L., Shukla P.K. Nonlinear acoustic gravity waves // J. Plasma Phys. 2009. V. 75, N 6. P.841–847.
Yuan L., Fritts D. Influence of mean shear on the dynamical instability of an inertio-gravity wave // J. Atmosp. Sci. 1989. V. 46. P.2562–2568.
Zhao Y., Liu A., Gardner C.S. Measurements of atmospheric stability in the mesopause region at Starfire Optical Range, NM // J. Atmos. Solar Terr. Phys. 2003. V. 65. P.219–232.
Сведения об авторах
ОНИЩЕНКО Олег Григорьевич — доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1; Институт космических исследований РАН. 117997, Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32. Тел.: 8(499) 254-88-05. E-mail: onish@ifz.ru
ПОХОТЕЛОВ Олег Александрович — доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: 8(499) 254-88-05. E-mail: pokh@ifz.ru
АСТАФЬЕВА Наталия Михайловна — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт космических исследований РАН. 117997, Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32. Тел. 8(495) 333-21-45. Е-mail: ast@iki.rssi.ru