Regular and Chaotic Oscillations in a Geostrophic Flow with Vertical Shear

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In the framework of a two-level quasi-geostrophic model, the stability of flow with a constant vertical shear is investigated. Analytical expressions for the increment of perturbation growth in linear stability theory were obtained. The Galerkin method with three basic Fourier harmonics was used to describe the nonlinear dynamics of perturbations. A nonlinear system of ordinary differential equations is formulated for amplitudes of Fourier harmonics. It is shown that in the absence of bottom friction all solutions of the system describe periodic mode of nonlinear oscillations or vascillations. The situation changes fundamentally in the model with bottom friction. In this case, for a wide range of parameter values, the system solutions exhibit complex chaotic behavior. Thus, chaos or turbulence emerges for large-scale motions.

About the authors

M. V. Kalashnik

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Schmidt Institute of Physics of the Earth; Research and Production Association Typhoon

Author for correspondence.
Email: kalashnik-obn@mail.ru
Russia, 109017, Moscow, Pyzhevsky per., 3; Russia, 123242, Moscow, ul. Bol’shaya Gruzinskaya, 10; Russia, 249038, Kaluzhskaya obl., Obninsk, ul. Pobedy, 4

O. G. Chkhetiani

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences

Email: kalashnik-obn@mail.ru
Russia, 109017, Moscow, Pyzhevsky per., 3

References

  1. Калашник М.B., Курганский М.В., Чхетиани О.Г. Бароклинная неустойчивость в геофизической гидродинамике // Успехи физических наук. 2022. Т. 192. № 10. С. 1110–1144.
  2. Кузнецов А.П., Кузнецов С.П., Рыскин Н.М. Нелинейные колебания. М.: Физматлит, 2002. 292 с.
  3. Hide R. Some experiments on thermal convection in a rotating liquid. Quart. J. Royal Met. Soc. 1953. V. 79(339). P. 161–161.
  4. Hide R. An experimental study of thermal convection in a rotating liquid. Phil.Trans. Royal Soc. A. 1958. V. 250(983). P. 441–478.
  5. Hide R., Fowlis W.W. Thermal convection in a rotating annulus of liquid: effect of viscosity on the transition between axisymmetric and non-axisymmetric flow regimes. J. Atmos. Sci. 1965. V. 22(5). P. 541–558.
  6. Hide R., Mason P.J. Sloping convection in a rotating fluid // Advances in Physics. 1975. V. 24(1). P. 47–100.
  7. Kalashnik M.V., Chkhetiani O.G., Kurgansky M.V. Discrete SQG models with two boundaries and baroclinic instability of jet flows // Phys. Fluids. 2021. V. 33. P. 076608.
  8. Klein P., Pedlosky J. A numerical study of baroclinic instability at large supereriticality // J. Atmos. Sci. 1986. V. 43. № 12. P. 1243–1262.
  9. Klein P., Pedlosky J. The role of dissipation mechanisms in the nonlinear dynamics of unstable baroclinic waves // J. Atmos. Sci. 1992. V. 49. № 1. P. 29–48.
  10. Lorenz E.N. Deterministic nonperiodic flow // J. Atmos. Sci. 1963. V. 20(3). P. 130–141.
  11. Oh S.P., Pedlosky J., Samelson R. Linear and finite-amplitude localized baroclinic instability // J. Atmos. Sci. 1993. V. 50. № 16. P. 2772–2784.
  12. Pedlosky J. Finite-amplitude baroclinic waves with small dissipation // J. Atmos. Sci. 1971. V. 28. № 4. P. 587–597.
  13. Pedlosky J., Frenzen C. Chaotic and periodic behavior of finite-amplitude baroclinic waves// J. Atmos. Sci. 1980. V. 37. № 6. P. 1177–1196.
  14. Pedlosky J. Geophysical Fluid Dynamics. Berlin/New York: Springer-Verlag, 1987. 710 p.
  15. Pedlosky J. Baroclinic instability localized by dissipation // J. Atmos. Sci. 1992. V. 49. № 13. P. 1161–1170.
  16. Pedlosky J. The effect of beta on the downstream development of unstable, chaotic baroclinic waves // J. Phys. Oceanogr. 2019. V. 49. № 9. P. 2337–2343.
  17. Phillips N.A. Energy transformation and meridional circulations associated with simple baroclinic waves in a two-level, quasi-geostrophic model // Tellus. 1954. V. 6. P. 273–283.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (77KB)
3.

Download (35KB)
4.

Download (59KB)
5.

Download (792KB)
6.

Download (98KB)
7.

Download (49KB)
8.

Download (111KB)
9.

Download (52KB)
10.

Download (95KB)


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».