Абурджаниа Г.Д., Зимбардо Г., Харшиладзе О.А. «Эффект сдвигового течения в генерации и самоорганизации внутренних гравитационных волновых структур в диссипативной ионосфере» Физика плазмы, 38, № 12, с. 1055-1075 (2012)

Исследованы линейный механизм генерации, интенсификации и дальнейшая нелинейная динамика внутренних гравитационных волн в устойчиво-стратифицированной диссипативной ионосфере в присутствии неоднородного зонального ветра (сдвигового течения). В случае сдвиговых течений операторы линейных задач являются несамосопряженными, а соответствующие собственные функции – неортогональными, поэтому канонический модальный подход мало пригоден при изучении таких движений. Более адекватным является применение так называемого немодального математического анализа. На основе немодального подхода получены динамические уравнения и уравнения переноса энергии внутренних гравитационных возмущений в ионосфере со сдвиговым течением. Найдены точные аналитические решения как линейных, так и нелинейных уравнений. Определен инкремент нарастания сдвиговой неустойчивости внутренних гравитационных волн. Выявлено, что усиление возмущений со временем протекает не экспоненциально, а алгебраически – степенным образом. Частота и волновой вектор генерируемых внутренних гравитационных мод зависят от времени, поэтому в ионосфере со сдвиговым течением образуется широкий спектр волновых возмущений, обусловленный не нелинейным-турбулентным, а линейными эффектами. Анализируется эффективность линейного механизма усиления внутренних гравитационных волн при взаимодействии с неоднородным зональным ветром. Получен критерий развития сдвиговой неустойчивости таких волн в ионосферной среде. Показано, что в условиях сдвиговой неустойчивости внутренние гравитационные волны эффективно черпают энергию сдвигового течения в начальной линейной стадии эволюции, отчего существенно увеличивается (на порядок) их амплитуда и, соответственно, энергия. С увеличением амплитуды включается нелинейный механизм самолокализации, и процесс заканчивается самоорганизацией нелинейных уединенных, сильнолокализованных внутренних гравитационных вихревых структур, в результате чего появляются новая степень свободы системы и путь эволюции возмущений в среде со двиговым течением. Индукционное и вязкостное затухание ограничивает время жизни вихревых внутренних гравитационных структур в ионосфере, но они являются достаточно долгоживущими, чтобы существенно влиять на динамические свойства среды. На основе аналитического решения системы стационарных нелинейных динамических уравнений выявлено, что в зависимости от вида профиля скорости сдвигового течения нелинейные внутренние гравитационные структуры могуть быть или чисто монопольным вихрем и/или дипольной циклон-антициклонной парой и/или поперечной вихревой цепочкой и/или продольной вихревой дорожкой на фоне неоднородного зонального ветра. Накопление таких вихрей в ионосферной среде может создавать сильнотурбулентное состояние.