Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
В первой части работы представлены результаты численных экспериментов с магнитогидродинамической моделью «мелкой воды» для оценки степени влияния магнитного поля на развитие неустойчивостей, обусловленных комбинацией неоднородностей среднего потока и среднего магнитного поля. Расчеты нормальных мод подтвердили полученный ранее при численном моделировании результат о различном влиянии слабого и сильного магнитных полей на неустойчивость дифференциального вращения. Расчеты показали, что слабое магнитное поле стабилизирует развитие неустойчивостей, сильное усиливает ее. Азимутальные неоднородности дифференциального вращения во всех случаях способствуют развитию неустойчивостей. Во второй части работы рассматривается пространственная структура нормальных мод, делается попытка интерпретации крутильных колебаний, наблюдаемых в атмосферах Земли и Солнца. Как показали расчеты, причиной возникновения регулярных осесимметричных возмущений может быть формирование циклонического вихря над полюсом, характерное для земной атмосферы, и, возможно, для атмосферы Солнца. Форму крутильных колебаний имеет наименее затухающая нормальная мода устойчивого полярного циклона. Аномалии течения, усиление в зимний период антициклонического вихря в умеренных широтах разрушают осесимметричные колебания и приводят к быстрому росту нормальных мод, имеющих в своем спектре сферические гармоники с более высокими степенями и зональными волновыми числами.
гидродинамика, атмосфера, нормальные моды, магнитное поле, крутильные колебания
1. Бумба В. Крупномасштабные магнитные поля на Солнце. Проблемы солнечной активности. М.: Мир, 1979. С. 50-74.
2. Бумба В., Макаров В.И. Фоновые магнитные поля на Солнце. Солнечные магнитные поля и корона: Труды ХIII Консультативного совещания по физике Солнца. 1989. Т. 1, Новосибирск: Наука, С. 51-71.
3. Гилл А. Динамика атмосферы и океана: В 2-х томах. М.: Мир, 1986. Т. 2. 415 с.
4. Данилов С.Д., Гурарий Д. Квазидвумерная турбулентность. УФН. 2000. Т. 170, № 9. С. 921-969.
5. Дымников В.П., Скиба Ю.Н. Баротропная неустойчивость зонально-несимметричных атмосферных потоков. Вычислительные процессы и системы. Вып. 4. М.: Наука, 1986. С. 63-104.
6. Дымников В.П., Филатов А.Н. Устойчивость крупномасштабных атмосферных процессов. Отдел вычислительной математики АН СССР. М.: 1988. С. 1-140.
7. Зоркальцева О.С., Мордвинов В.И., Девятова Е.В. Методика расчета крутильных колебаний в атмосфере по данным архивов NCEP/NCAR, MERRA-2, ECMWF ERA-40 и ERA-Interim. Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 1. С. 90-99. DOI:https://doi.org/10.12737/szf51201910.
8. Крупномасштабные динамические процессы в атмосфере. М.: Мир, 1988. 430 с.
9. Марчук Г.И., Агошков В.И., Шутяев В.П. Сопряженные уравнения и алгоритмы возмущений в прикладных задачах. Вычислительные процессы и системы. М.: Наука, 1986. 272 с.
10. Мишин В.В., Томозов В.М. Проявления неустойчивости Кельвина-Гельмгольца в атмосфере Солнца, солнечном ветре и магнитосфере Земли. Солнечно-земная физика. 2014. Вып. 25. С. 10-20.
11. Мордвинов В.И., Латышева И.В. Теория общей циркуляции атмосферы, изменчивость крупномасштабных движений. 2013. Иркутск. Изд-во ИГУ. 193 с.
12. Мордвинов В.И., Девятова Е.В., Томозов В.М. Гидродинамические неустойчивости в тахоклине, обусловленные вариациями толщины слоя. Солнечно-земная физика. 2012. Вып. 20. С. 3-8.
13. Мордвинов В.И., Девятова Е.В., Томозов В.М. Гидродинамические неустойчивости в тахоклине, обусловленные вариациями толщины слоя и неоднородностями среднего потока. Солнечно-земная физика. 2013. Вып. 23. С. 3-12.
14. Altrock R., Howe R., Ulrich R. Solar torsional oscillations and their relationship to coronal activity. American Astronomical Society, SPD Meeting, BAAS 38. 2006. Vol. 38. P. 258. http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=2006SPD....37.3203A.
15. Branstator G., Held I. Westward propagating normal modes in the presence of stationary background waves. J. Atmos. Sci. 1995. Vol. 52. P. 247-262.
16. Bumba V., Howard R. Large-scale distribution of solar magnetic fields. Astrophys. J. 1965. Vol. 141, no. 4. P. 1502-1512.
17. Cally P.S., Dikpati M., Gilman P.A. Three-dimensional magnetoshear instabilities in the solar tachocline. Monthly Notices of the Royal Astron. Soc. Papers. 2003. Vol. 339, iss. 4. P. 957-972.
18. Dikpati M., Gilman P.A. Analysis of hydrodynamic stability of solar tachocline latitudinal differential rotation using a shallow-water model. Astrophys. J. Papers. 2001. Vol. 551. P. 536-564. DOI:https://doi.org/10.1086/320080.
19. Dikpati M., Gilman P.A. A Shallow-water theory for the Sun’s active longitudes. Astrophys. J. 2005. Vol. 635, iss. 2. P. L193-L196.
20. Fournier D., Gizon L., Hyest L. Viscous inertial modes on a differentially rotating sphere: Comparison with solar observations. Astron. Astrophys. 2022. Vol. 664. P. 1-16. DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/202243473.
21. Gilman P.A. Stability of baroclinic flows in a zonal magnetic field. Part 1-3. J. Atmos. Sci. 1967. Vol. 24, no. 2. P. 101-143.
22. Gilman P.A., Fox P.A. Joint instability of latitudinal differential rotation and toroidal magnetic fields below the solar convection zone. Astrophys. J. 1997. Vol. 484, no. 1. P. 439-454.
23. Gilman P.A., Dikpati M., Miesch M.S. Global MHD instabilities in a three-dimensional Thin-Shell Model of solar tachocline. Astrophys. J. Suppl. Ser. Papers. 2007. Vol. 170. P. 203-227. DOI:https://doi.org/10.1086/512016.
24. Kitchatinov L.L., Rüdiger G. Stability of latitudinal differential rotation in stars. Astron. Astrophys. 2009. Vol. 504, no. 2. P. 303-307.
25. Miesch M.S. Large-scale dynamics of the convection zone and tachocline. Living Reviews in Solar Physics. 2005. Vol. 2, no. 1. P. 1-139.
26. Mordvinov V.I., Zorkaltseva O.S. Normal Mode as a Cause of Large-Scale Variations in the Troposphere and Strato-sphere. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Phys. 2022. Vol. 58, no. 2. P. 140-149.
27. Mordvinov V.I, Olemskoy S.V., Latyshev S.V. Influence of mean magnetic field and magnetic field of the velocity disturbances on the development of hydrodynamic instabilities in tachocline. Proc. SPIE. 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Phys. 1120803 (18 December 2019). 2019. DOI:https://doi.org/10.1117/12.2538285.
28. Tikhomolov E.M. Large-scale vortical flows and penetrative convection in the Sun. Nuclear Phys. A. 2005. Vol. 758, no. 1. P. 709-712.
