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飓风通过拉格朗日拟序结构卷吸夹带空气
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Using the concept of a homoclinic tangle and finite-time analogues of stable and unstable manifolds (repelling [orange] and attracting [cyan] curves, respectively), we can tease out the geometry of entrainment of an air mass into a hurricane's vortex (and detrainment out of the vortex). The storm shown is Andrea and was from May 2007. Notice the outline of the east coast of the U.S. The analogs of manifolds are Lagrangian coherent structures or LCS. A separatrix, defining the boundary of the vortex, is first determined from intersections of the repelling and attracting curves (to give an 'inside' and 'outside'). Parcels are then color-coded using lobe dynamics theory. The green parcel, currently outside, should get entrained. Right next to it, but on the other side of a repelling curve, is a light pink region which should remain outside. Also, the dark magenta region inside will get detrained out of the vortex. As the movie shows, the parcels perform as expected. The theory of homoclinic tangles was originally developed for time-independent or time-periodic systems, but seems to work even in this turbulent, aperiodic setting.
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