Численное исследование процесса генерации спиральности в тропической атмосфере Земли

В сообщении обсуждаются результаты исследования, проведенного на основе американских данных облачно-разрешающего численного моделирования тропических циклонов [3] с помощью региональной модели атмосферы RAMS – Regional Atmospheric Modeling System. Ранее в работе [1] анализ спиральных характеристик полей скорости [3] впервые показал возможность существования природной гидродинамической системы с ненулевой спиральностью (интегральной по объему вихревой системы !) и нарастающей по мере усиления атмосферного вихря. Эта возможность реализуется в процессе формирования тропического циклона (ТЦ), начиная с самых ранних стадий его эволюции.

В настоящей работе акцент сделан на детальное изучение генерации спиральности в первые часы атмосферных численных экспериментов [3]. Подробно анализируется с временным шагом 10 минут, как в тропической атмосфере происходит генерация спиральности в результате взаимодействия вихревой облачной конвекции и вертикального сдвига горизонтального ветра. Приводятся данные для нескольких экспериментов из работы [3], которые различаются начальными условиями и интенсивностью образовавшихся ТЦ, от тропической депрессии до урагана второй категории интенсивности. Особый интерес представляет эксперимент C1 [3], не включавший начального вихревого возмущения и не приведший к образованию ТЦ. Однако этот случай позволяет рассмотреть, как происходит генерация спиральности одиночной конвективной вихревой структурой – «Vortical Hot Tower- вихревой горячей башней». Облачная вихревая структура в эксперименте С1 создает локальную адвективную циркуляцию с притоком жидкости к ее центру на нижних уровнях и оттоком в верхних слоях тропосферы. В адвективном течении генерируются горизонтальные компоненты завихренности. Они гораздо слабее тех, которые создаются в начальном вихревом циклоническом возмущении [2.3]. Тем не менее, и в этом случае действует предложенный и проанализированный численно в [3] механизм генерации и усиления вертикальной циклонической завихренности, основанный на взаимодействии вихревой облачной конвекции с вертикальным сдвигом горизонтального ветра. Этот механизм одновременно является эффективным средством генерации спиральности в процессе всей эволюции ураганного вихря и обеспечивает существование особой топологии ТЦ с зацеплением вихревых линий на облачных и мезомасштабах [2].

Работа выполнена при поддержке РФФИ по проекту № 16-05-00551-а.