Физики объяснили структуру устойчивых вихрей в океане и атмосфере

В атмосфере и океане часто наблюдаются крупные устойчивые вихри со спиральными рукавами. Физики из НИУ ВШЭ объяснили, как формируется их структура и почему она сохраняется.

Как описывают турбулентность

Турбулентное течение характеризуется завихрениями, перемешиванием и хаотичными изменениями скорости. Отслеживать движение каждой частицы невозможно, поэтому используются статистические методы. Одним из ключевых инструментов является парная корреляционная функция, которая показывает, как связаны скорости в разных точках потока.

Особенности вихревых структур

В трёхмерной турбулентности завихрения обычно распадаются, а связи между удалёнными точками быстро исчезают.

Однако в быстро вращающейся жидкости формируются крупные когерентные вихри, где структура становится более упорядоченной и устойчивой.

Что выяснили учёные

Исследование показало, что скорости вдоль одной дуги вихря остаются связанными даже на больших расстояниях, тогда как радиальные связи ослабевают быстрее. По направлению вокруг вихря связь убывает медленнее всего — логарифмически, вдоль оси быстрее, а по радиусу — наиболее быстро.

Почему возникают спирали

Такая асимметрия связана с разной угловой скоростью слоёв жидкости. Это приводит к формированию вытянутых спиральных рукавов, характерных для циклонов и антициклонов. Подобные структуры также наблюдаются в галактиках, где действует аналогичный принцип дифференциального вращения.

Работа помогает лучше понять внутреннюю структуру крупных вихрей и улучшить модели атмосферных и океанических течений.

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX.