The decay of a dipolar vortex in a weakly dispersive environment
The decay of a dipolar vortex in a weakly dispersive environment
复制标题
弱色散环境中偶极涡旋的衰变
DOI：
10.1017/jfm.2021.298
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发表时间：
2021
影响因子：
3.7
通讯作者：
Crowe, Matthew N.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Johnson, Edward R.;Crowe, Matthew N.
本文在Flierl&Haines(Phys.)模型的基础上，提出了一个在弱层结无粘性大气垂直切片模型中水平传播的偶极涡旋演化的简单模型。流体，第6卷，1994年，第3487-3497页)，用于飞机上的Modon。假设偶极子的演化保持在Lamb-Chaplygin偶极子家族中，但具有不同的半径和速度。偶极子通过内波辐射损失能量和脉冲。根据完整方程的数值解，论证并验证了适当定义的偶极子中心涡度在整个流动演化过程中是紧密守恒的。结合中心涡度守恒和偶极能量损失平衡内波辐射对流体所做的功的要求，给出了一个捕获大部分观测到的偶极衰变的模型。当偶极子轴垂直于旋转轴时，沿旋转流体轴线传播的圆柱偶极子和在弱分层流体中水平传播的球形旋涡也得到了类似的结果。该模型扩展到小粘度的流体，从而为波的阻力和耗散在偶极子衰变中的相对重要性提供了估计。
A simple model is presented for the evolution of a dipolar vortex propagating horizontally in a vertical-slice model of a weakly stratified inviscid atmosphere, following the model of Flierl & Haines (Phys. Fluids, vol. 6, 1994, pp. 3487–3497) for a modon on the -plane. The dipole is assumed to evolve to remain within the family of Lamb–Chaplygin dipoles but with varying radius and speed. The dipole loses energy and impulse through internal wave radiation. It is argued, and verified against numerical solutions of the full equations, that an appropriately defined centre vorticity for the dipole is closely conserved throughout the flow evolution. Combining conservation of centre vorticity with the requirement that the dipole energy loss balances the work done on the fluid by internal wave radiation gives a model that captures much of the observed dipole decay. Similar results are noted for a cylindrical dipole propagating along the axis of a rotating fluid when the dipole axis is perpendicular to the axis of rotation and for a spherical vortex propagating horizontally in a weakly stratified fluid. The model extends to fluids of small viscosity and so provides an estimate for the relative importance of wave drag and dissipation in dipole decay.
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