ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2019, том 20, № 3, с. 36-44. https://doi.org/10.21455/gr2019.3-3

УДК 532.51: 551.511.3: 551.513: 551.558

Аннотация  Литература  Полный текст

ОБ АНАЛОГИИ МЕЖДУ ТЕРМИЧЕСКИМИ И “ГРАВИТАЦИОННЫМИ” МЕЗОМАСШТАБНЫМИ ЦИРКУЛЯЦИЯМИ В АТМОСФЕРЕ

© 2019 г. Л.Х. Ингель(1,2,3), А.А. Макоско(2,3)

(1) “НПО “Тайфун”, г. Обнинск, Россия

(2) Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, г. Москва, Россия

(3) Межведомственный центр аналитических исследований по физике, химии и биологии при Президиуме РАН, г. Москва, Россия

В ряде предыдущих работ авторов показано, что неоднородности поля силы тяжести могут, вообще говоря, влиять на поле ветра, приводить к возникновению течений в атмосфере.

В настоящей работе сравниваются линейные стационарные модели мезомасштабных течений, связанных с термическими неоднородностями подстилающей поверхности и с неоднородностями поля силы тяжести. Для обоих типов задач рассматриваются линейные возмущения в устойчиво стратифицированном полуограниченном объеме среды, вращающемся вокруг вертикальной оси. Используется приближение Буссинеска – предполагается, что плотность среды линейно зависит от возмущений потенциальной температуры. Определяющие параметры рассматриваемых задач – аналоги чисел Рэлея и Тейлора: , . Здесь N – частота плавучести; ν, κ – коэффициенты кинематической вязкости и температуропроводности соответственно; f – параметр Кориолиса (удвоенная угловая скорость фонового вращения); k – горизонтальное волновое число возмущения (обратный горизонтальный масштаб неоднородностей). Рассматривается характерный для мезомасштабных возмущений в атмосфере предельный случай . Найденные решения прозрачно демонстрируют подобие течений, вызываемых в стратифицированной атмосфере неоднородностями поля силы тяжести и циркуляций над термическими неоднородностями подстилающей поверхности. Найдено соотношение между амплитудами таких течений. Неоднородности поля силы тяжести с амплитудой G () приводят к возникновению течений приблизительно такой же амплитуды и структуры, как горизонтальные неоднородности потока тепла на подстилающей поверхности () с амплитудой . Здесь ρ0, c – фоновая плотность и теплоемкость воздуха соответственно; γ>0 – фоновый вертикальный градиент потенциальной температуры; g – среднее ускорение силы тяжести.

Ключевые слова: мезомасштабные атмосферные циркуляции, термические неоднородности подстилающей поверхности, неоднородности поля силы тяжести, линейные возмущения, аналитическая модель.

Литература

Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 392 с.

Гилл А.Е. Динамика атмосферы и океана. Т. 1. М.: Мир, 1986. 397 c.

Ингель Л.Х., Макоско А.А. Генерация вихревого движения в атмосфере под влиянием неоднородностей поля силы тяжести // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54, № 6. С.635–640.

Макоско А.А., Панин Б.Д. Динамика атмосферы в неоднородном поле силы тяжести. СПб.: РГГМУ, 2002. 244 с.

Педлоски Дж. Геофизическая гидродинамика. Т. 1. М.: Мир, 1984. 398 с.

Перестенко О.В., Ингель Л.Х. К линейной теории нестационарной конвекции в устойчиво стратифицированной вращающейся среде над термически неоднородной поверхностью // Изв. AН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т. 26, № 9. С.906–916.

Lin Y.-L. Mesoscale Dynamics. Cambridge: Cambridge University Press, 2007. 646 p.