Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 2. С. 230-239
Генерация конвективного движения и пылевых вихрей в неустойчиво стратифицированной атмосфере
О.Г. Онищенко
1, 2 , О.А. Похотелов
2 , Н.М. Астафьева
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Институт физики Земли РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 14.02.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-2-230-239
Поступление пыли в атмосферу определяется многочисленными явлениями, среди которых самыми мощными являются песчаные (пылевые) бури синоптического масштаба. Согласно современным представлениям пылевые вихри могут служить зародышами пылевых бурь. Вихри со спиралевидным восходящим потоком переносят пыль на большие высоты. Подхваченная ветром пыль переносится на большие расстояния, оказывая существенное влияние на глобальный и региональный климат. Влияние пыли и аэрозолей на изменение климата в прошлом, настоящем и будущем является одним из слабо изученных процессов. Пыль, поднимаемая сезонными пылевыми бурями Сахары, может существенно блокировать солнечное излучение, охлаждая океан. Влияние пыли может быть более существенным, чем влияние Эль-Ниньо, на генерацию тайфунов. Недостаточно изучен также процесс генерации пылевых вихрей. В работе в приближении идеальной гидродинамики развивается новая нелинейная модель генерации конвективных движений и пылевых вихрей в неустойчиво стратифицированной атмосфере. Используя нелинейные уравнения для внутренних гравитационных волн, исследуется в аксиально-симметричном приближении модель генерации конвективных ячеек — плюмов. Показано, что в конвективно неустойчивой атмосфере с крупномасштабной затравочной завихренностью, из плюмов чрезвычайно быстро генерируются мелкомасштабные интенсивные вертикальные вихри. Исследована структура радиальной, вертикальной и тороидальной компонент скорости в таких вихрях. Пониженное давление в вихрях с интенсивным тороидальным движением ответственно за «засасывание» пыли с поверхности Земли во внутреннюю область вихря. Исследована структура вертикальной завихренности и тороидальной скорости во внутренней и внешней областях вихря.
Ключевые слова: Ключевые слова: неустойчиво стратифицированная атмосфера, генерация конвективного движения, вихревые структуры, пылевые дьяволы, численное моделирование
Полный текстСписок литературы:
- Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М. Генерация крупномасштабных вихрей и зональных ветров в атмосферах планет // УФН. 2008. Т. 178. № 6. С. 605–616.
- Balme M. Greeley R. Dust devils on Earth and Mars // Rev. Geophys. 2006. Vol. 44. RG3003.
- Church C.R., Baker G.L., Agee E.M. Characteristics of tornado-like vortices as a function of swirl ratio: A laboratory investigation // J. Atmos. Sci. 1979. Vol. 36. No. 9. P. 1755–1776.
- Hess S.L. Martian winds and dust clouds // Planet. Space Sci. 1973. Vol. 21. P. 1549–1557. DOI: 10.1016/0032-0633(73)90061–5.
- Hess G.D., Spillane K.T. Characteristics of dust devils in Australia // Journal of Applied Meteorology. 1990. Vol. 29. P. 498–507.
- Lau W.K., Kim K. Saharan dust, transport processes, and possible impacts on hurricane activities // AGU. Fall Meeting. Baltimore. MD. USA. 2010. abstract #NH53A–1251.
- Mullen J.B., Maxworthy T.A. A laboratory model of dust devil vortices // Dynam. Atmos. Ocean. 1977. Vol. 1. No. 3. P. 181–214.
- Onishchenko O., Horton W., Pokhotelov O., Steno L. Dust devil generation // Phys. Scr. 2014. Vol. 89. No. 7. 075606.
- Onishchenko O., Pokhotelov O., Horton W., Fedun V. Dust devil vortex generation from convective cells // Ann. Geophys. 2015. Vol. 33. No. 11. P. 1343–1347.
- Oke A.M.C., Tapper N.J., Dunkerley D. Australian landscape: The role of key meteorological variables and surface conditions in defining frequency and spatial characteristics // J. Arid. Environ. 2007. Vol. 71. No. 2. P. 201–215.
- Ringrose T.J. Dust devils: Inside dust devils // Astron. Geophys. 2005. Vol. 46. No. 12. P. 5.16–5.19.
- Sinclair P.C. General Characteristics of Dust Devils // J. Appl. Meteorol. 1969. Vol. 8. P. 32–45.
- Sinclair P.C. The lower structure of dust devils // J. Atmos. Sci. 1973. Vol. 30. P. 1599–1619.
- Vatistas G.H., Kozel V., Minh W.C. Simpler model for concentrated vortices // Exp. Fluids. 1991. Vol. 11. P. 73–76.