Original paper

On the available energy of an axisymmetric vortex

Codoban, Sorin; Shepherd, Theodore G.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 15 No. 4 (2006), p. 401 - 407

published: Aug 23, 2006

DOI: 10.1127/0941-2948/2006/0143

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ArtNo. ESP025011504003, Price: 29.00 €

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Abstract

A theory of available energy for axisymmetric circulations is presented. The theory is a generalization of the classical theory of available potential energy, in that it accounts for both thermal and angular momentum constraints on the circulation. The generalization relies on the Hamiltonian structure of the (conservative) dynamics, is exact at finite amplitude, and has a local form. Application of the theory is presented for the case of an axisymmetric vortex on an f-plane in the context of the Boussinesq equations.

Kurzfassung

Eine Theorie zur verfügbaren Energie von axisymmetrischen Zirkulationen wird vorgestellt. Die Theorie berücksichtigt sowohl eine thermische Zwangsbedingung als auch Drehimpulserhaltung und stellt so eine Verallgemeinerung der klassischen Theorie zur verfügbaren potenziellen Energie dar. Diese Verallgemeinerung beruht auf der Hamiltonschen Struktur der (konservativen) Dynamik, ist exakt für endliche Amplituden und besitzt ein lokale Form. Eine Anwendung der Theorie im Kontext der Boussinesq-Gleichungen wird für den Fall eines axisymmetrischen Wirbels auf der f -Ebene präsentiert.