Выпуски

 / 

2020

 / 

Июль

  

Обзоры актуальных проблем


Структура и динамика концентрированных мезомасштабных вихрей в атмосферах планет

 а, б,  а,  б,  в,  г
а Институт физики земли им. О.Ю. Шмидта РАН, ул. Большая Грузинская 10, Москва, 123995, Российская Федерация
б Институт космических исследований РАН, ул. Профсоюзная 84/32, Москва, 117997, Российская Федерация
в University of Texas in Austin, University Station 1, Austin, TX, 78712, USA
г The University of Sheffield, Sheffield, United Kingdom

Концентрированные вихри — это локализованные в пространстве структуры с ненулевой завихренностью, окружённые потенциальным течением. К таким структурам относится обширный класс мезомасштабных вихрей, включающий в себя пыльные дьяволы, водяные вихри, огненные вихри, а также более крупномасштабные и более интенсивные торнадо. Из довольно широкого класса концентрированных мезомасштабных вихрей пыльные дьяволы выбраны как наиболее простые и легко наблюдаемые структуры благодаря частицам пыли, играющим роль трассеров. Цель обзора — рассмотрение основных результатов исследования пыльных дьяволов в атмосферах Земли и Марса. В рамках идеальной гидродинамики обсуждается недавно созданная модель, позволяющая описывать вихревые структуры, полностью локализованные в пространстве. Кратко обсуждаются результаты численного моделирования динамики вихрей и аналитическая модель генерирования вихрей в конвективно неустойчивой атмосфере.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: вихри, модели вихрей, нелинейные структуры, идеальная гидродинамика
PACS: 92.10.ak, 92.60.Fm, 92.60.hk (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2019.07.038611
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2020/7/d/
Цитата: Онищенко О Г, Похотелов О А, Астафьева Н М, Хортон В, Федун В Н "Структура и динамика концентрированных мезомасштабных вихрей в атмосферах планет" УФН 190 732–748 (2020)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 19 апреля 2019, доработана: 4 июля 2019, 11 июля 2019

English citation: Onishchenko O G, Pokhotelov O A, Astaf’eva N M, Horton W, Fedun V N “Structure and dynamics of concentrated mesoscale vortices in planetary atmospheresPhys. Usp. 63 683–697 (2020); DOI: 10.3367/UFNe.2019.07.038611

Список литературы (175) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (1) Похожие статьи (20)

  1. Baddeley P F H Whirlwinds and Dust-Storms of India (London: Bell and Daldey, 1860)
  2. Bagnold R A The Physics of Blown Sand and Desert Dunes (London: Methuen, 1941)
  3. Наливкин Д В Ураганы, бури и смерчи. Географические особенности и геологическая деятельность (Л.: Наука, 1969); Пер. на англ. яз., Nalivkin D V Hurricanes, Storms, and Tornadoes. Geographic Characteristics and Geological Activity (Rotterdam: A.A. Balkema, 1983)
  4. Ives R L Bull. Am. Meteor. Soc. 28 168 (1947)
  5. Durward J Nature 128 412 (1931)
  6. Durward J "Weather overseas" Weather 4 402 (1949)
  7. Crozier W D J. Geophys. Res. 75 4583 (1970)
  8. Leovy C B Nature 424 1008 (2003)
  9. Balme M, Greeley R Rev. Geophys. 44 RG3003 (2006)
  10. Vatistas G H, Kozel V, Mih W C Exp. Fluids 11 73 (1991)
  11. Church C R et al J. Atmos. Sci. 36 1755 (1979)
  12. Howells P A C, Rotunno R, Smith R K Q.J.R. Meteorol. Soc. 114 801 (1988)
  13. Nolan D S, Farrell B F J. Atmos. Sci. 56 2908 (1999)
  14. Raasch S, Franke T J. Geophys. Res. 116 D16120 (2011)
  15. Trapp R J, Fiedler B H J. Atmos. Sci. 52 3757 (1995)
  16. Idso S B Bull. Am. Meteorol. Soc. 56 376 (1975)
  17. Idso S B Weather 30 115 (1975)
  18. Rennó N O, Bluestein H B J. Atmos. Sci. 58 927 (2001)
  19. Sinclair P C Ph.D. Thesis (Tucson, AZ: Univ. of Arizona, 1966)
  20. Sinclair P C J. Appl. Meteorol. 8 32 (1969)
  21. Rankine W J M A Manual of Applied Mechanics (London: Charles Griffin and Co. Ltd, 1901)
  22. Lorenz R D et al Space Sci. Rev. 203 5 (2016)
  23. Kurgansky M V Icarus 300 97 (2018)
  24. Kok J F et al Rep. Prog. Phys. 75 106901 (2012)
  25. Sinclair P C Mon. Wea. Rev. 92 363 (1964)
  26. Sinclair P C Bull. Am. Meteorol. Soc. 46 388 (1965)
  27. Lorenz R D, Myers M J J. Meteorol. 30 178 (2005)
  28. Sinclair P C J. Atmos. Sci. 30 1599 (1973)
  29. Ryan J A, Carroll I J J. Geophys. Res. 75 531 (1970)
  30. Fitzjarrald D E J. Appl. Meteorol. 12 808 (1973)
  31. Hess G D, Spillane K T J. Appl. Meteorol. 29 498 (1990)
  32. Metzger S M et al Geophys. Res. Lett. 26 2781 (1999)
  33. Lewellen D C, Lewellen W S, Xia J J. Atmos. Sci. 57 527 (2000)
  34. Renno N O et al J. Geophys. Res. 109 E07001 (2004)
  35. Kurgansky M V Dyn. Atmos. Oceans 40 151 (2005)
  36. Kurgansky M V Geophys. Res. Lett. 33 L19S06 (2006)
  37. Kurgansky M et al Space Sci. Rev. 203 209 (2016)
  38. Carroll J J, Ryan J A J. Geophys. Res. 75 5179 (1970)
  39. Brian K et al Space Sci. Rev. 203 277 (2016)
  40. Ringrose T J Astron. Geophys. 46 5.16 (2005)
  41. Thomas P, Gierasch P J Science 230 175 (1985)
  42. Ferri F et al J. Geophys. Res. 108 5133 (2003)
  43. Balme M R, Whelley P L, Greeley R J. Geophys. Res. 108 5086 (2003)
  44. Tegen I, Lacis A A, Fung I Nature 380 419 (1996)
  45. Mahowald N Science 334 794 (2011)
  46. Mahowald N et al Annu. Rev. Environ. Resour. 36 45 (2011)
  47. Yoshioka M et al J. Climate 20 1445 (2007)
  48. Ramanathan V et al Science 294 2119 (2001)
  49. Cakmur R V, Miller R L, Torres O J. Geophys. Res. 109 D07201 (2004)
  50. Gu Z L et al Adv. Atmos. Sci. 25 31 (2008)
  51. Onishchenko O G et al Climate 7 12 (2019)
  52. Gobbi G P et al Atmos. Environ. 34 5119 (2000)
  53. Ryan J A, Sharman R D, Lucich R D Geophys. Res. Lett. 8 899 (1981)
  54. Toon O B Nature 424 623 (2003)
  55. Twohy C H et al Geophys. Res. Lett. 36 L01807 (2009)
  56. Flanner M G et al Atmos. Chem. Phys. 9 2481 (2009)
  57. Painter T H et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107 17125 (2010)
  58. Kohfeld K E, Harrison S P Earth-Sci. Rev. 54 81 (2001)
  59. Prospero J M, Lamb P J Science 302 1024 (2003)
  60. Murphy J et al Space Sci. Rev. 203 39 (2016)
  61. Hess S L Planet. Space Sci. 21 1549 (1973)
  62. Smith P H et al Science 278 1758 (1997)
  63. Klose M et al Space Sci. Rev. 203 377 (2016)
  64. Ingersoll A P, Tryka K A Science 250 435 (1990)
  65. Jickells T D Science 281 217 (1998)
  66. Jickells T D et al Science 308 67 (2005)
  67. Neakrase L D V et al Space Sci. Rev. 203 347 (2016)
  68. Greeley R, Iversen J D Wind as a Geological Process: on Earth, Mars, Venus, and Titan (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1985)
  69. Shao Y Physics and Modelling of Wind Erosion (Berlin: Springer, 2008)
  70. Kurgansky M V Icarus 300 97 (2018)
  71. Aguirre C et al Aeolian Res. 29 12 (2017)
  72. Lacks D J, Sankaran R M J. Phys. D 44 453001 (2011)
  73. Almeida M P et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 6222 (2008)
  74. Freier G D J. Geophys. Res. 65 3504 (1960)
  75. Lacks D J, Levandovsky A J. Electrostat. 65 107 (2007)
  76. Gill E W B Nature 162 568 (1948)
  77. Kok J F, Renno N O Phys. Rev. Lett. 100 014501 (2008)
  78. Kok J F, Renno N O J. Geophys. Res. 114 D17204 (2009)
  79. Mills A A Nature 268 614 (1977)
  80. Schmidt D S, Schmidt R A, Dent J D J. Geophys. Res. 103 8997 (1998)
  81. Rudge W A D Nature 91 31 (1913)
  82. Stow C D Weather 24 134 (1969)
  83. Renno N O, Kok J F Space Sci. Rev. 137 419 (2008)
  84. Perkins S Science 353 450 (2016)
  85. Eden H F, Vonnegut B Science 180 962 (1973)
  86. Melnik O, Parrot M J. Geophys. Res. 103 29107 (1998)
  87. Harrison R G et al Space Sci. Rev. 203 299 (2016)
  88. Извекова Ю Н, Попель С И Физика плазмы 44 747 (2018); Izvekova Yu N, Popel S I Plasma Phys. Rep. 44 835 (2018)
  89. Izvekova Yu N, Popel S I Contrib. Plasma Phys. 56 263 (2016)
  90. Farrell W M et al J. Geophys. Res. 109 E03004 (2004)
  91. Farrell W M et al J. Geophys. Res. 111 E01006 (2006)
  92. Zheng X J, Huang N, Zhou Y-H J. Geophys. Res. 108 4322 (2003)
  93. Zhou Y-H, Guo X, Zheng X J Phys. Rev. E 66 021305 (2002)
  94. Huang N, Yue G, Zheng X J. Geophys. Res. 113 D20203 (2008)
  95. Ireland P M Powder Technol. 198 189 (2010)
  96. Ireland P M Powder Technol. 198 199 (2010)
  97. Inculet I I, Castle G S P, Aartsen G Chem. Eng. Sci. 61 2249 (2006)
  98. Ireland P M, Jameson G J J. Electrostat. 71 449 (2013)
  99. Matsusaka S, Masuda H Adv. Powder Technol. 14 143 (2003)
  100. McGinnigle J B Weather 21 272 (1966)
  101. Mattsson J O, Nihlén T, Yue W Weather 48 359 (1993)
  102. Oke A M C, Tapper N J, Dunkerley D J. Arid Environ. 71 201 (2007)
  103. Kurgansky M V et al Bound.-Layer Meteorol. 138 285 (2011)
  104. Ryan J A J. Geophys. Res. 77 7133 (1972)
  105. Snow J T, McClelland T M J. Geophys. Res. 95 13707 (1990)
  106. Balme M et al Geophys. Res. Lett. 30 1830 (2003)
  107. Houser J G, Farrell W M, Metzger S M Geophys. Res. Lett. 30 1027 (2003)
  108. Tratt D M et al J. Geophys. Res. 108 5116 (2003)
  109. Lorenz R D, Jackson B K Space Sci. Rev. 203 277 (2016)
  110. Greeley R et al J. Geophys. Res. 108 5041 (2003)
  111. Stanzel C et al Geophys. Res. Lett. 33 L11202 (2006)
  112. Neakrase L D V et al Geophys. Res. Lett. 33 L19S09 (2006)
  113. Houghton J T et al (Eds) Climate Change 2001: the Scientific Basis: Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2001)
  114. Solomon S et al (Eds) Climate Change 2007: the Physical Science Basis: Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2007)
  115. Gillette D A, Sinclair P C Atmos. Environ. A 24 1135 (1990)
  116. Crozier W D J. Geophys. Res. 69 5427 (1964)
  117. Farrell W M et al Geophys. Res. Lett. 30 2259 (2003)
  118. Farrell W M et al J. Geophys. Res. 111 E01006 (2006)
  119. Farrell W M et al J. Geophys. Res. 109 E03004 (2004)
  120. Esposito F et al Geophys. Res. Lett. 43 5501 (2016)
  121. Ryan J A J. Geophys. Res. 69 3759 (1964)
  122. Neubauer F M J. Geophys. Res. 71 2419 (1966)
  123. Gierasch P, Goody R M J. Atmos. Sci. 30 169 (1973)
  124. Ryan J A, Lucich R D J. Geophys. Res. 88 11005 (1983)
  125. Golombek M et al Science 278 1743 (1997)
  126. Schofield J T et al Science 278 1752 (1997)
  127. Malin M C, Edgett K S J. Geophys. Res. 106 23429 (2001)
  128. Stanzel C et al Icarus 197 39 (2008)
  129. Petrosyan A et al Rev. Geophys. 49 RG3005 (2011)
  130. Fenton L K, Lorenz R Icarus 260 246 (2015)
  131. Whelley P L, Greeley R J. Geophys. Res. 111 E10003 (2006)
  132. Lacks D J Nat. Phys. 6 324 (2010)
  133. Xie L, Ling Y, Zheng X J. Geophys. Res. 112 D12116 (2007)
  134. Зеленый Л М и др Вестн. НПО имени С.А. Лавочкина (2) 13 (2014); Пер. на англ. яз., Zelenyi L M et al Solar Syst. Res. 49 509 (2015)
  135. Balme M R, Hagermann A Geophys. Res. Lett. 135 L19S01 (2006)
  136. Burgers J M Adv. Appl. Mech. 1 171 (1948)
  137. Rott N Z. Angew. Math. Phys. 9 543 (1958)
  138. Sullivan R D J. Aerospace Sci. 26 767 (1959)
  139. Должанский Ф В, Крымов В А, Манин Д Ю УФН 160 (7) 1 (1990); Dolzhanskii F V, Krymov V A, Manin D Yu Sov. Phys. Usp. 33 495 (1990)
  140. Онищенко О Г, Похотелов О А, Астафьева Н М УФН 178 605 (2008); Onishchenko O G, Pokhotelov O A, Astaf'eva N M Phys. Usp. 51 577 (2008)
  141. Williams N R Bull. Am. Meteorol. Soc. 29 106 (1948)
  142. Battan L J J. Meteorol. 15 235 (1958)
  143. Bluestein H B, Weiss C C, Pazmany A L Mon. Wea. Rev. 132 209 (2004)
  144. Toigo A D et al J. Geoghys. Res. 108 5047 (2003)
  145. Zhao Y Z et al Atmosphere-Ocean 42 61 (2004)
  146. Краснов Ю К, Кикнадзе Г И ДАН СССР 290 1315 (1986); Krasnov Y K, Kiknadze G I Sov. Phys. Dokl. 31 799 (1986)
  147. Davies-Jones R Atmos. Res. 158-159 274 (2015)
  148. Онищенко О Г, Похотелов О А, Астафьева Н М Геофизические 17 61 (2018); Пер. на англ. яз., Onishchenko O G, Pokhotelov O A, Astafieva N M Izv. Atmosph. Oceanic Phys. 54 906 (2018)
  149. Onishchenko O et al J. Geophys. Res. Atmosp. 121 11264 (2016)
  150. Onishchenko O G et al J. Fluid Mech. (2019), submitted
  151. Morton B R J. Fluid Mech. 38 315 (1969)
  152. Smith R K, Montgomery M T, Persing J Q.J.R. Meteorol. Soc. 140 2638 (2014)
  153. Rennó N O, Burkett M L, Larkin M P J. Atmos. Sci. 55 3244 (1998)
  154. Rennóo; N O et al J. Geophys. Res. 105 1859 (2000)
  155. Fritts D C, Alexander M J Rev. Geophys. 41 1003 (2003)
  156. Mitchell N J, Howells V St C Ann. Geophys. 16 1367 (1998)
  157. Rafkin S et al Space Sci. Rev. 203 183 (2016)
  158. Stenflo L Phys. Lett. A 222 378 (1996)
  159. Онищенко О Г, Похотелов О А Докл. РАН 445 86 (2012); Onishchenko O G, Pokhotelov O A Dokl. Earth Sci. 445 845 (2012)
  160. Onishchenko O, Pokhotelov O, Fedun V Ann. Geophys. 31 459 (2013)
  161. Onishchenko O G et al Ann. Geophys. 32 181 (2014)
  162. Онищенко О Г, Похотелов О А, Федун В Докл. РАН 454 89 (2014); Onishchenko O G, Pokhotelov O A, Fedun V Dokl. Earth Sci. 454 37 (2014)
  163. Onishchenko O G et al Phys. Scr. 89 075606 (2014)
  164. Onishchenko O G et al Phys. Scr. 90 068004 (2015)
  165. Myhre G, Stordal F J. Geophys. Res. 106 18193 (2001)
  166. Kamra A K J. Geophys. Res. 77 5856 (1972)
  167. Gu Z L, Wei W, Zhao Y Aerosol Air Qual. Res. 10 272 (2010)
  168. Kanak K M, Lilly D K, Snow J T Q.J.R. Meteorol. Soc. 126 2789 (2000)
  169. Kanak K M Q.J.R. Meteorol. Soc. 131 1271 (2005)
  170. Jackson T L et al J. Geophys. Res. 115 E05006 (2010)
  171. Miura H, Kida S J. Phys. Soc. Jpn. 63 4000 (1994)
  172. Miura H Comput. Phys. Commun. 147 552 (2002)
  173. Miura H J. Turbul. 5 (1) 010 (2004)
  174. Horton W et al J. Geophys. Res. 121 7197 (2016)
  175. Miura H, Nakajima N Nucl. Fusion 50 054006 (2010)

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение