浅水方程式を2次元的に見て、線形不安定、つまり渦の発生を見ようという演習です。
理論はこちらにあります。ただし、変微分が分数になっていないところがあるのでご注意してください(さらに一部誤りあり)。
以下ではこの線形の微分方程式にしたがって、さまざまな初期条件のもと線形不安定の発達の様子を見ました。繰り返しになるが、初期条件は地衡流平衡しているものとしています。
全部の結果を出すのは、こちらもたいへんですし、詳しい理論を知らない今、ただただ、図を並べてもそう意味がないような気がするので、
一番最初のコリオリがなく、基本場が100mの場合のみ示します。雰囲気だけ楽しんでください。
30万秒後の様子です。小さな渦がたくさん見えます。
60万秒後の様子です。だんだん発達し、中くらいの渦ができてきます。
96万秒後の様子です。渦の数はさらに減り、渦の並びも若干波うってきます。また、渦の大きさもまちまちになってきます。
そして、もっと時間がたつと・・・
144万秒後の様子です。爆発してゆきます。
その様子は次のエネルギーの図からも明らかです。横軸は時間軸(300をかけると実際の秒数になります)、縦軸は、基本場を引いた速度の2乗を計算したものの対数を取ったものです。