Взаимодействие инерционных/внутренних волн во вращающейся/стратифицированной жидкости с медленным течением

В жидкости, вращающейся как целое, существуют два типа течений. Первый тип – геострофическое течение, однородное вдоль оси вращения (вертикали). Упрощённо его можно представить как набор столбовых вихрей, относительно медленно передвигающихся в горизонтальных направлениях. Второй тип – инерционные волны, в которых течение неоднородно вдоль вертикали, и которые относительно быстро распространяются по объёму. Известен феномен долго живущих столбовых вихрей, примером которых является, например, торнадо. Их существование поддерживает гидромеханический процесс, благодаря которому турбулентные пульсации, имеющие момент импульса, по знаку совпадающие с моментом импульса самого вихря, смещаются ближе к его оси. Турбулентные пульсации с противоположным моментом импульса, наоборот, смещаются в направлении от оси вихря. Мы показываем, что для реализации этого механизма необходимо существование дифференциального вращения в вихре, когда внешние цилиндрические слои вращаются с меньшей угловой скоростью, чем внутренние. Локальную силу дифференциального вращения характеризует темп сдвига, который должен быть знакопостоянным в долгоживущем вихре. Мы детально прослеживаем механизм взаимодействия вихря как мелкими геострофическими пульсациями, так и с инерционными волнами. С помощью построенной аналитической картины мы анализируем наши экспериментальные данные по наблюдению геострофических вихрей в замкнутой вращающемся объёме жидкости. В заключение мы кратко описываем характеристики геофизических течений, где существенно суточное вращение – течение жидкого железа во внешнем жидком ядре Земли и течение в Северном ледовитом океане.