龙卷风非平衡过程的热力学：协同方法

在龙卷风的数学建模中，针对强非平衡和非线性过程，采用基于动量传输方程并引入源汇模型函数的方法，该方法适用于处理尖锐问题，即在有限时间内速度分布随空间无限增长的情况。介质中的非线性动量源导致爆破机制，而由非线性介质本身产生的该机制的发展导致自组织，这可通过数值方法描述。在此情况下，非线性源引起的增长过程与考虑介质粘性的脉冲传播过程之间的竞争，导致了新介质特征的出现——即某个线性尺度——龙卷风的空间直径，在此尺度上这些过程相互“平衡”。该方法能够导出描述观测到的物理效应的方程，并解释龙卷风中动量分层传输的非线性机制，确定非势流的速度和压力梯度，以及每个高度局部层的热力学性质——熵产生、熵变率和自由能。我们描述了不同强度龙卷风的空间和速度特征、龙卷风核心及其周围的速度分量、螺旋波的产生（上升至臂高）、空间环（血栓）的出现以及外部中尺度涡旋。