Структурная устойчивость композитных вихрей в применении к Большому красному пятну Юпитера
5 октября 2026 г.
Исследователи решили задачу о стационарном композитном вихре, состоящем из трёх вложенных эллипсоидальных вихревых структур, в квазигеострофическом приближении во вращающейся стратифицированной по плотности атмосфере на f-плоскости. Работа опубликована в Russian Journal of Earth Sciences.
Исследование провели Е. М. Аракелян¹, член-корреспондент РАН В. В. Жмур¹,²,³ и О. Г. Чхетиани⁴ (1Московский физико-технический институт, 2Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, 3Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 4Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН).
Свойства мезомасштабных вихрей со сложной структурой вихревого ядра, состоящей из вложенных эллипсоидальных вихрей, изучаются в рамках бароклинной квазигеострофической модели атмосферы в приближении f-плоскости. Подобные структуры называются композитными вихрями, которые бывают однокомпонентными, двухкомпонентными, трёхкомпонентными и так далее.
Свойства стационарных однородных и двухкомпонентных композитных вихрей качественно отличаются друг от друга; плавного перехода свойств от составного к однородному вихрю не происходит. Это свойство авторы называют структурной неустойчивостью. В работе они показывают, что трёхкомпонентный композитный вихрь при его преобразовании в двухкомпонентный демонстрирует структурную устойчивость. Структурная устойчивость также свойственна многокомпонентным композитным вихревым структурам более высокого порядка, чем трёхкомпонентный вихрь.
Таким образом, в иерархии многокомпонентных композитных вихревых структур двухкомпонентный вихрь занимает особое место. Из него невозможно создать более простую вихревую структуру – однородный вихрь – путем трансформации геометрических размеров вложенного внутреннего вихря при непрерывном изменении всех вихревых характеристик. Отмечено, что несколько иной двухкомпонентный композитный вихрь, состоящий из основного стационарного вихря и малого «слабого» нестационарного вихря, вложенного в него, является устойчивым. В настоящей работе исследуется структурная устойчивость стационарных многокомпонентных вихревых структур к похожим возмущениям. Показано, что они устойчивы. В качестве приложения представленной теории предлагается объяснение свойств двухкомпонентного вихревого образования – Большого красного пятна Юпитера.