Хаотическая адвекция в меандрирующем струйном потоке

Аннотация

Исследуется транспорт, перемешивание и хаотическая адвекция пассивной примеси в меандрирующем струйном потоке с периодическим возмущением. Проведён анализ особых точек и их устойчивости. Установлены все топологически различные режимы потока и их бифуркации. Показано, что перемешивание пассивной примеси имеет фрактальный характер. Установлены некоторые геометрические закономерности в зависимостях числа оборотов частиц вокруг эллиптических точек и времени их вымывания из заданной области фазового пространства от начальных координат. Показано, как эти закономерности проявляются в эволюции материальной линии. Полученные результаты могут быть использованы при моделировании лагранжева транспорта и перемешивания водных масс с различными характеристиками в меандрирующих западных пограничных течениях типа Куросио и Гольфстрима.

Ключевые слова: хаотическая адвекция, бифуркации, фрактал, меандр.

Полнотекстовая версия

M.V. Budyansky, S.V. Prants, M.Y. Uleysky. Chaotic advection in a meandering jet flow. Rus. J. Nonlin. Dyn., 2006, V.2, №2, p. 165-180

Abstract

The paper studies the transport, mixing and chaotic advection of passive scalars in a meandering jet flow with a periodic perturbation. The stability of the critical points has been performed. We have found all topologically different regimes of the flow along with their bifurcations. It is shown that the process of mixing of passive scalars exhibits fractal-like patterns. There are some geometric regularities in the relationship between 1) the initial coordinates of scalars and 2) the number of rotations of particles around elliptic points and their escape time from a particular domain in the phase-space. It is shown how these regularities manifest in the evolution of a material line. The results obtained may be used in modelling Lagrangian transport and mixing of water masses with different characteristics in meandering western boundary currents such as the Kuroshio and the Gulf Stream.

Keywords: chaotic advection, bifurcation, fractal, meander.