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. 2017. Т. 14. № 2. С. 221-229

Об атмосферных вихрях типа торнадо в модели аксиальной конвекции с влажным воздухом

П.Б. Руткевич 1 , Б.П. Руткевич 1 , Н.Ю. Комарова 1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 01.03.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-2-221-229
Дистанционное изучение катастрофических атмосферных явлений, таких как тропические циклоны (ТЦ) и содержащиеся в них смерчи, занимает особое место в программах дистанционного мониторинга тропических возмущений. В первую очередь надо отметить задачи прогнозирования возникновения первичных форм возмущений и последующего перехода индивидуального первичного возмущения в развитую форму (как в ТЦ, так и в сопутствующие ему смерчи) (Bluestein, 1994). При этом наблюдается образование мощной облачности, возникающей за счёт испарения пара с океана. В данной работе рассмотрена задача развития вихревых движений типа торнадо в аксиально-симметричной геометрии. В модели учитывается зависимость вертикального профиля температуры от вертикальной скорости, которая параметризует выделение скрытой теплоты конденсации влаги, всегда присутствующей в атмосфере. Поскольку вертикальный профиль плотности насыщенного пара в поле силы тяжести уменьшается с высотой, восходящие конвективные потоки воздуха в рассматриваемой области будут насыщенными, а нисходящие потоки воздуха – практически сухими. Таким образом, вертикальный градиент температуры в силу наличия влажности предполагается зависящим от знака вертикальной скорости. Задача, следовательно, становится нелинейной. Для её решения было построено функциональное скалярное произведение для линейного оператора исходной задачи и граничных условий. Затем сделано разложение по малому параметру (по малой нелинейности) – получено решение сформулированной нелинейной задачи.
Ключевые слова: нелинейная конвекция, градиент температуры, насыщенный влажный воздух, скалярное произведение, граничные условия
Полный текст

Список литературы:

  1. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 320 с.
  2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 5. Статистическая физика. Ч. 1. М.: Наука, 1986. 586 с.
  3. Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. СПб: Гидрометеоиздат, 2000. 779 с.
  4. Остроумов Г.А. Естественная конвективная теплопередача в замкнутых вертикальных трубах // Изв. ЕНИ при Пермск. ун-те. 1949а. Т. 12. № 4. С. 113–126.
  5. Остроумов Г.А. Математическая теория конвективного теплообмена в замкнутых вертикальных скважинах // Изв. ЕНИ при Пермск. ун-те. 1949б. Т. 12. № 9. С. 385–392.
  6. Остроумов Г.А. Свободная конвекция в условиях внутренней задачи. М.-Л.: Гостехиздат, 1952. 256 с.
  7. 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.
  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. Bluestein H.B. High-Based Funnel Clouds in the Southern Plains // Monthly Weather Review. 1994. V. 122. No. 11. P. 2631–2638.
  10. Bluestein H.B. More Observations of Small Funnel Clouds and Other Tubular Clouds // Monthly Weather Review. 2005. V. 133. No. 12. P. 3714–3720.
  11. Cooley J.R. Cold Air Funnel Clouds // Monthly Weather Review. 1978. V. 106. No. 9. P. 1368–1372.
  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. Convective and rotational instability in moist air // Physica A. 2002. V. 315. No. 1–2. P. 215–221.
  17. 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.