ИСТИНА

Согласно измерениям, полученным в межпланетных миссиях и на космическом телескопе Hubble, основная внешняя часть вихря Большого красного пятна Юпитера (БКПЮ) — антициклоническая, в то время как внутренняя его область находится в циклоническом вращении. Это позволяет рассмотреть нам БКПЮ, как квазигеострофическое образование, составленное из двух вложенных в друг друга вихрей. Подобная вихревая структура с «вложением» может быть названа композитным вихрем. Таким образом, БКПЮ — это практически стационарный бароклинный вихрь в зональном потоке, который можно представлять как баротропное течение со сдвигом. Рассматривается две возможных конфигураций композитного вихря в рамках квазигеострофического подхода в приближении f-плоскости в стратифицированное атмосфере. В работе предлагается два варианта вихревого образования, предлагаемого нами как модель БКПЮ. 1. Стационарный композитный вихрь, составленный из двух эллипсоидальных софокусных вихрей в горизонтальном зональном баротропном потоке с постоянным сдвигом. Получено точное решение этой нелинейной задачи в рамках вращающейся стратифицированной атмосферы в приближении квазигеострофической f-плоскости. В основе решения лежат результаты исследования задачи об эллипсоидальном вихре, изложенные ранее в (Жмур, Панкратов 1989). Важным условием здесь является стационарность формы обоих вихрей. В таком походе при заданной геометрии вихрей и сдвига фонового течения потенциальные завихренности обоих вихрей определяются однозначно. Основной вихрь имеет тот же знак потенциальной завихренности, что и фоновое течение. Вложенный вихрь имеет противоположную завихренность. Энергия композитного вихря превосходит при этом энергию однородного стационарного вихря без вложения. 2. Комбинация стационарного внешнего вихря и нестационарного вложенного вихря при условии, что он слабо влияет на поведение границы основного вихря. Оба вихря имеют здесь эллипсоидальную форму ядра и находятся под действием того же внешнего течения — баротропного зонального потока со сдвигом, что и в первом случае. Потенциальная завихренность основного вихря вычисляется точно, а завихренность вложенного вихря может быть произвольной. Внутренний вихрь движется как целое по эллиптическим орбитам внутри основного вихря. При этом деформации его ядра изменяются периодически с ограниченным колебанием горизонтальных полуосей. При совпадении центров вихрей, внутренний вихрь, оставаясь на месте, может вращаться с ограниченной деформацией своей границы. Если вложенный вихрь имеет завихренность противоположную к основному вихрю, то энергия композитного вихря оказывается меньшей, чем энергия однородного вихря без вложения. Последнее свойство указывает на энергетическую предпочтительность существования композитных вихрей с нестационарным вложением, слабо влияющим на границу основного вихря. Предложенная теория сравнивается с результатами наблюдений БКПЮ [2] в космических миссиях Voyager, Cassini, Galileo и HST. Оба возможных варианта композитной модели БКПЮ дают качественно схожие картины течений, однако модель с нестационарным циклоническим вложением требует меньше энергии для ее поддержания, что говорит в пользу ее более реальной применимости к описанию свойств БКПЮ, к которым относится, в частности, и нестационарность внутренних движений. Изложенный математический метод применим также и для описания стационарных мезомасштабных вихрей океана в баротропных горизонтальных потоках со сдвигом.