Новый механизм усиления и взаимной трансформации волн в ионосфере с неоднородным зональным ветром

Абурджаниа, ГД, Ломинадзе, ДГ, Хантадзе, АГ, Харшиладзе, ОА
Косм. наука технол. 2006, 12 ;(1):029-048
https://doi.org/10.15407/knit2006.01.029
Язык публикации: Русский
Аннотация: 
Исследована генерация и динамика планетарных замагниченных волн Россби и инерционных волн во вращающейся диссипативной ионосфере при гладком неоднородном зональном ветре (сдвиговым течением). Замагниченные волны Россби обусловлены взаимодействием с пространственно неоднородным геомагнитным полем и являются ионосферными проявлениями обычных тропосферных волн Россби. Выявлено эффективный линейный механизм усиления и взаимной трансформации волн Россби и инерционных волн. Для сдвиговых течений собственные функции задачи является неортогональными, и канонический модальный подход мало пригоден для изучения таких движений. Применение так называемого немодального математического анализа, активно развивается в последние годы, дает возможность выявить, что трансформация волновых возмущений в сдвиговых течениях обусловлена неортогональностью собственных функций задачи при линейной динамике. В связи с этим появляются новая степень свободы системы и новый путь эволюции возмущений в среде. Числовым моделированием иллюстрируются особенности взаимодействия волн с фоновым течением и взаимной трансформацией волновых возмущений в D-, Е- и F-областях ионосферы. Установлено, что наличие в ионосферной среде геомагнитного поля, холловских и педерсеновских токов улучшает взаимодействие и взаимообмен энергией между волнами и сдвиговым течением.
Ключевые слова: волны, зональный ветер, ионосфера
References: 
1.  Абурджаниа Г. Д., Хантадзе А. Г. Крупномасштабные электромагнитные волновые структуры в Е-области ионосферы // Геомагн. аэрон.—2002.—42, № 2.— С. 245—251.
2.  Абурджаниа Г. Д., Хантадзе А. Г., Гвелесиани А. И. Физика возникновения новых ветвей планетарных электромагнитных волн в ионосфере // Геомагн. аэрон.—2003.—43, № 2.—С. 193—203.
3.  Гандин А. С, Лаихтман Д. Л., Матвеев Л. Т., Юдин М. И. Основы динамической метеорологии. — Л.: Гидрометиздат, 1955.
4.  Гершман Б. Н., Ерухимов А. Н., Яшин Ю. Я. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. — М.: Наука, 1984.
5.  Гилл А. Динамика атмосферы и океана. — М.: Мир, 1986.—Т. 1.
6.  Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере. — М.: Мир, 1975.
7.  Докучаев В. П. О влиянии магнитного поля Земли на ветры в ионосфере // Изв. АН СССР. Сер. Геофизиче­ская.—1959.—№ 5.—С. 783—787.
8.  Ерохин Н. С, Моисеев С. С. Волновые процессы в неоднородной плазме // Вопросы теории плазмы. — М.: Атомиздат, 1973.—7.—С. 146—204.
9.  Заславский Г. М., Сагдеев Р. 3. Введение в нелинейную физику. — М: Наука, 1988.
10.  Казимировский  Э.С,   Кокоуров  В.   Д.   Движения   в ионосфере. — Новосибирск: Наука, 1979.
11.  Кибель И. А.  О приспособлении движения воздуха к геострофическому   //   ДАН   СССР. —1955,   №   1.— С. 104—107.
12.  Коткин Г. Л., Сербо В. Г. Сборник задач по классиче­ской механике. — М.: Наука, 1969.
13.  Митра С. К. Верхняя атмосфера. — М.: Иностр. лит.,1965.
14.  Монин А. С. (Ред.). Физика океана. — М.: Наука, 1978.—Т. 2. Гидродинамика океана..
15.  Незлин М. В., Снежкин Е. Н. Вихри Россби и спираль­ные структуры. — М.: Наука, 1990.
16.  Обухов А. М. К вопросу о геострофическом ветре // Изв. АН СССР. Сер. географ.геофиз.—1949.—13, № 4.—С. 281—306.
17.  Педлоски Дж. Геофизическая гидродинамика. — М.: Мир, 1984.—Т. 1.
18.  Петвиашвили В. И., Похотелов О. А. Уединенные волны в плазме и атмосфере. — М. Энергоатомиздат, 1989.
19.  Хантадзе А. Г. Об изменении скорости и направления ветра с высотой в турбулентной электропроводной ат­мосфере // Геомагн. аэрон.—1968.—8, № 2.—С. 236— 249.
20.  Хантадзе А. Г. Некоторые вопросы динамики проводя­щей атмосферы. — Тбилиси: Наука, 1973.
21.  Хантадзе А. Г., Шарикадзе Д. В. О двумерном неста­ционарном ветровом поле в ионосфере // Изв. АН СССР. Физика атм. океана.—1969.—5, № 9.—С. 957— 960.
22.  Холтон Дж. Р. Динамическая метеорология стратосферы и мезосферы. — Л.: Гидрометиздат, 1979.
23.  Чагелишвили Г. Д., Чанишвили Р. Г., Ломинадзе Д. Г. Физика усиления вихревых возмущений в сдвиговых течениях // Письма в ЖЭТФ.—1996.—63, Вып. 7.— С. 517—522.
24.  Чагелишвили Г. Д., Чхетиани О. Г. Линейная транс­формация волн Россби в сдвиговых течениях // Письма в ЖЭТФ.—1995.—62, Вып. 4. С 294—300.
25.  Aburjania G. D., ChargaziaKh. Z., Khantadze A. G., Kharshiladze O. A. On the new modes of planetary-scale electromagnetic waves in the ionosphere // Ann. Geophys. 2004.—22, N 4.—P. 525—534.
26.  Bromley E. N. The effects of ion drag and of plasma forces on neutral air winds in F-region // J. Atmos. Terr. Phys.—1967.—29, N 10.—P. 1317—1321.
27.  Chagelishvili G. D., Chanishvili R. G., Lominadze J. G., Tevzadze A. G. Magnetohydrodynamic waves linear evolu­tion in parallel shear flows: amplification and mutual transformations // Phys. Plasmas.—1997.—4, N 2.— P. 259—271.
28.  Chagelishvili G. D., Rogava A. D., Segal I. N. Hydrodynamic stability of compressible plane Couette flow // Phys. Rev. E.—1994.—50., N 6.—P. 4283—4285.
29.  Chagelishvili G. D., Rogava A. D., Tsiklauri D. G. Effect coupling and linear transformation of Waves in shear flow // Phys. Rev. E.—1996.—53, N 6.—P. 6028—6031.
30.  Charney T. G. On the scale of atmospheric motions // Geophys. Publ.—1947.—17, N 2.—P. 17—20.
31.  Farrell B. F., Ioannou P. J. Transient development of perturbations in stratified shear flow // J. Atmos. Sci.— 1993.—50, N 14.—P. 2201—2214.
32.  Geisler J. E. A numerical study of the wind system in the middle thermosphere // J. Atmos. Terr. Phys.—1967.—29, N 12.—P. 1469—1482.
33.  Graik A. D. D., CriminaleW. O. Evolution of wavelike disturbances in shear flow: a class of exact solutions of the Navier-Stokes equations // Proc. Roy. Soc. London. Ser. A.—1986.—406.—P. 13—21.
34.  Kalashnik M. V., Mamatsashvili G. R., Chagelishvili G. D., Lominadze J. G. Linear dynamics of non-symmetric perturbations in geostrophic horizontal shear flows // Q. J. R. Meteorol. Soc—2004.—N 1.—P. 1 — 17.
35.  Kamide Y. Electrodynamical processes in the Earth's ionosphere and magnetosphere. — Kyoto: Kyoto Sangyo University Press, 1980.
36.  Kelvin Lord (W. Thomson). Stability of fluid motion: Rectilinear motion of viscous fluid between two parallel plates // Phil. Mag.—1887.—24, N 5.—P. 188—196.
37.  Landahl M. T. Wave breakdown and turbulence // SIAM J. Appl. Math.—1975.—28.—P. 735—747.
38.  Reddy S. C, Schmid P. J., Hennigson D. S. Pseudospectra of the Orr-Sommerfeld operator // SIAM. J. Appl. Math.— 1993.—53.—P. 15—23.
39.  RossbyС G. On the mutual adjustment of pressure and velocity distributions in certain simple current systems // J. Mar. Res.—1938, N 2.—P. 239—263.
40.  RossbyС G. On the dispersion of planetary waves in a barotropic atmosphere // Tellus.—1949.—1.—P. 1 —11.
41.  Trefenthen L. N., Trefenthen A. E., Reddy S. C, Dris-col T. A. Hydrodynamic stability without eigenvalues // Science.—1993.—261.—P. 578—584.

42.  Volponi F., Mahajan S. M., Yoshida Z. Asymptotic analysis and renormalized perturbation theory of the non-Hermitian dynamics of an inviscid vortex // Phys. Rev. E.—2001.—64, N 2.—P. 6312—6318.