ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 6. С. 159-171

О связи формы трубообразного облака торнадо и его интенсивности

П.Б. Руткевич 1 , П.П. Руткевич 2 , Н.Ю. Комарова 1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Institute of High Performance Computing, A*STAR, Сингапур, Сингапур
Одобрена к печати: 05.10.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-6-159-171
Рассмотрена задача о развитии вихревого возмущения типа трубообразного облака торнадо в аксиально-симметричной геометрии с учётом силы Кориолиса. В модели учитывается зависимость вертикального профиля температуры от вертикальной скорости, которая параметризует выделение скрытой теплоты конденсации влаги, всегда присутствующей в атмосфере. Таким образом, рассматривается нелинейная задача, имеющая предельный переход к задаче об обычной конвекции или о внутренних волнах в зависимости от знака вертикального градиента температуры. Модель трубообразного облака торнадо обеспечивается вертикальной неоднородностью радиуса колонны вихря, что в первом приближении сводится к вихрю конической формы. Динамика решения строится на основе задачи Коши с выбранными начальными условиями. Получено, что в такой постановке задача имеет линейные устойчивые решения (внутренние волны), когда вертикальный линейный профиль температуры устойчивый, и линейные неустойчивые решения (конвекция), когда вертикальный линейный профиль температуры неустойчивый. Однако наличие нелинейности может обеспечивать неустойчивые решения, даже если вертикальный линейный профиль температуры устойчивый.
Ключевые слова: трубообразное облако, скрытая теплота конденсации, задача Коши, неустойчивые решения
Полный текст

Список литературы:

  1. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 320 с.
  2. Дубинов А.Е., Дубинова И.Д., Сайков С.К. Применение функции Ламберта и её применение в математических задачах физики. Саров: ФГУП «РФЯЦ ВНИИЭФ», 2006. 160 с.
  3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 5. Статистическая физика. Ч. 1. М.: Наука, 1986. 586 с.
  4. Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. СПб: Гидрометеоиздат, 2000. 779 с.
  5. Atkins N.T., Glidden E.M., Nicholson T.M. Observations of Wall Cloud Formation in Supercell Thunderstorms during VORTEX2 // Monthly Weather Review. 2014. V. 142. No. 12. P. 4823–4838.
  6. Bluestein H.B. High-Based Funnel Clouds in the Southern Plains // Monthly Weather Review. 1994. V. 122. No. 11. P. 2631–2638.
  7. Bluestein H.B. More Observations of Small Funnel Clouds and Other Tubular Clouds // Monthly Weather Review. 2005. V. 133. No. 12. P. 3714–3720.
  8. Bluestein H.B. A Funnel Cloud in a Convective Cloud Line to the Rear of a Surface Cold Front // Monthly Weather Review. 2008. V. 136. No. 7. P. 2786–2795.
  9. Clark T.L., Hall W.D., Kerr R.M., Middleton D., Radke L., Ralph F.M., Neiman P.J., Levinson D. Origins of Aircraft-Damaging Clear-Air Turbulence during the 9 December 1992 Colorado Downslope Windstorm: Numerical Simulations and Comparison with Observations // J. Atmospheric Sciences. 2000. V. 57. No. 8. P. 1105–1131.
  10. Cooley J.R. Cold Air Funnel Clouds // Monthly Weather Review. 1978. V. 106. No. 9. P. 1368–1372.
  11. Corless R.M., Gonnet G.H., Hare D.E., Jeffrey D.J., Knuth D.E. On the Lambert W function // Advances Computational Mathematics. 1996. V. 5. P. 329–359.
  12. Emanuel K.A. Atmospheric convection. Oxford: Oxford University Press, 1994.
  13. Houze Jr. R.A. Clouds in Tropical Cyclones // Monthly Weather Review. 2010. V. 138. No. 2. P. 293–344.
  14. Ooyama K.V. A Thermodynamic Foundation for Modeling the Moist Atmosphere // J. Atmospheric Sciences. 1990. V. 47. No. 21. P. 2580–2593.
  15. Ooyama K.V. A Dynamic and Thermodynamic Foundation for Modeling the Moist Atmosphere with Parameterized Microphysics // J. Atmospheric Sciences. 2001. V. 58. No. 15. P. 2073–2102.
  16. Rutkevich P.B. Hydrodynamic motions of saturated air in terms of equilibrium thermodynamics // Electromagnetic phenomena. 1998. V. 1. No. 4. P. 538–544.
  17. Rutkevich P.B. Convective and rotational instability in moist air // Physica A. 2002. V. 315. No. 1–2. P. 215–221.
  18. Tanamachi R.L., Bluestein H.B., Moore S.S., Madding R.P. Infrared Thermal Imagery of Cloud Base in Tornadic Supercells // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2006. V. 23. No. 11. P. 1445–1461.
  19. Valluri S.R., Jeffrey D.J., Corless R.M. Some applications of the Lambert W function to physics // Canadian J. Physics. 2000. V. 78. P. 823–831.