Исследуется нелинейная динамика уединенных вихревых структур в замагниченной неоднородной диссипативной плазме. Выведено нелинейное уравнение переноса длинноволновых дрейфовых волновых структур, учитывающее неоднородность равновесной плотности и температуры плазмы, магнитную и столкновительную вязкость и трение среды. Динамическое уравнение содержит два типа нелинейности: скалярную (обусловленную неоднородностью температуры) и векторную (обусловленную конвективно-поляризационным движением частиц среды). Полученное уравнение имеет четвертый порядок по пространственным производным, в отличие от второго порядка ранее полученных уравнений типа Хасегавы-Мимы. Найдено стационарное аналитическое решение нелинейного уравнения в виде нового типа дипольных уединенных вихрей. Проводится численное интегрирование полученного нелинейного динамического уравнения. Предложен новый алгоритм и новая йеявная конечно-разностная схема его численного решения и доказывается единственность этого решения. На основе этого уравнения исследована нестационарная динамика построенного здесь первоначально стационарного дипольного вихря при действии вышеуказанных факторов. Численным моделированием выявлено, что векторная нелинейность может играть двоякую, роль - помогает дисперсии или скалярной нелинейности (в зависимости от их величин) обеспечивать взаимное равновесие и, тем самым, содействует самоорганизации уединенных вихревых структур. Показано, что чисто дисперсионный эффект раздробляет исходный дипольный вихрь на совокупность плотно упакованных, более мелкомасштабных и менее интенсивных монопольных вихрей - чередующихся циклонов и антициклонов. При слабой дисперсии скалярная нелинейность симметрично разъединяет пару циклон-антициклон при эволюции начального дипольного вихря, и образуются независимые циклон и антициклон практически равной интенсивности, формы и размера. С увеличением дисперсионных эффектов процесс разъединения структур становится анизотропным: образовавшийся антициклон является более интенсивным и локализованным, а циклон более слабым и крупномасштабным. В дальнейшем циклон сохраняется относительно дольше, а антициклон разбивается на мелкие вихри и диссипация ускоряет этот процесс. Выявлено, что характер релаксации из-за вязкой диссипации отличается от характера затухания вихря из-за силы трения. Время затухания вихря существенным образом зависит от его характерного размера: крупномасштабные вихри являются более долгоживущими. Показано, что при развитии неустойчивости, начальный вихрь усиливается, а время жизни составляющих дипольной пары (циклон-антициклон) увеличивается. Со временем в системе генерируется интенсивный мелкомасштабный шум, и пространственная структура потенциала возмущений становится нерегулярной. Установленная картина взаимодействия уединенных вихревых структур между собой и со средой показывает, что вихревые структуры могут быть составной частью сильной дрейфовой турбулентности и аномального переноса вещества и тепла в неоднородной замагниченной плазменной среде.
展开▼
