Рассматриваются различные аспекты взаимодействия вихрей с баротропным потоком. При взаимодействии вихря с течением существует три варианта поведения его ядра: вращение, нутационные колебания и неограниченное вытягивание. В первых двух случаях вихрь остаётся локализованным образованием, при этом полуоси эллипса испытывают колебания около некоторого среднего значения. В третьем случае форма вихря изменяется следующим образом: одна из горизонтальных осей неограниченно увеличивается, вторая стремится к нулю, при этом вертикальный размер вихря не изменяется, а сам вихрь при виде сверху вытягивается в нить, оставаясь при этом эллипсоидальным. В результате в океане появляются вихревые образования - нити, называемые филаментами. Они возникают из первоначально практически круглых в горизонтальной плоскости вихрей и представляют собой вытянутые в одном направлении структуры, обладающие ненулевой завихренностью. В работе впервые предложен аналитико-графический способ определения режимов поведения трёхмерных эллипсоидальных вихрей для неоднородного горизонтального течения, линейного по горизонтальным координатам. Изучены условия неминуемого вытягивания вихрей в филаменты. Установлено, что вытягивание вихрей проявляется пятнами (доменами) на 60-67 % поверхности Мирового океана, характерные размеры этих пятен составляют около 200 км. Вытягивание вихрей в филаменты обеспечивает «перекачку» энергии из мезомасштабных процессов в субмезомасштабные. По данным глобального океанического реанализа GLORYS12V1 построены распределения доменов в Мировом океане. Показано, что вне зависимости от масштабов пространственного усреднения интегральная площадь областей, где мезомасштабные вихри могут вытягиваться в нити, доминирует.

На английском языке
On the stretching of mesoscale vortices into filaments and their distribution over the ocean surface
Zhmur V.V.
Belonenko T.V.
Novoselova E.V.
Suetin B.S.

We consider various aspects of interaction of vortices with a barotropic flow. When a vortex interacts with a flow, one can observe three variants of the flow-core behavior: rotation, nutational oscillations, and unlimited stretching. In the first two cases, the vortex remains a localized formation, such that the ellipse semiaxes experience fluctuations near an average value. In the third case, the shape of the vortex varies as follows: one horizontal axes increases indefinitely, the second axis tends to zero, whereas the vertical size of the vortex does not change, and the vortex itself stretches into a thread remaining ellipsoidal (top view). As a result, the vortex formations i.e., the threads called filaments emerge in the ocean. They emerge from the vortices, which are initially almost circular in the horizontal plane and represent the structures stretched in one direction and having nonzero vorticity. In this work, an analytical and graphical method for determining the regimes of behavior of the three-dimensional ellipsoidal vortices is proposed for the first time for an inhomogeneous horizontal flow which is linear in terms of horizontal coordinates. The conditions of the inevitable stretching of the vortices into filaments are studied. It is established that the vortex stretching is manifested in spots (domains) on 60-67% of the World Ocean surface and the characteristic dimensions of these spots amount to about 200 km. The vortex stretching into filaments ensures the energy pumping from the mesoscale processes to the submesoscale ones. According to the data of the global oceanic reanalysis GLORYS12V1 the domain distributions in the World Ocean are developed. It is shown that irrespective of the spatial-averaging scales the integral area of the regions in which the mesoscale vortices can stretch into threads is dominant.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2023_66_02_104