Геофизическая гидродинамика

Геофизическая гидродинамика, Астрофизическая гидродинамика — раздел гидродинамики, сконцентрированный на исследовании явлений и физических механизмов, действующих в естественных крупномасштабных турбулентных течениях жидкой или газовой сплошной среды на вращающихся объектах.

Предмет

Общие проблемы:

К геофизической гидродинамике относится :

К астрофизической гидродинамике относится:

Все эти, казалось бы, далёкие друг от друга области наук, объединены подобными физическими механизмами, приводящими в движение общую циркуляцию турбулентной стратифицированной жидкости или газа, (в том числе электропроводящей), во вращающихся объектах.

Цели исследования

Главная практическая цель исследований в области геофизической гидродинамики — создание эффективного метода численного прогноза погоды на разные сроки, создание теории климата, метода предсказания опасных явлений погоды, разработка метода прогнозирования изменений геомагнитного поля. Исследования в области астрофизики имеют исключительную познавательную ценность, стимулирующие успехи в других областях астрономии и физики, формирующие современное мировоззрение.

Методы исследования

Поставленные задачи исследуются методами теоретической физики путём моделирования явлений системой дифференциальных уравнений гидродинамики, (магнитной гидродинамики), (релятивистской гидродинамики), термодинамики, с учётом достижений теории турбулентности (статистической гидромеханики), оптики сплошных сред, ядерной физики, математической физики. Математическая модель явления, в некоторых упрощённых случаях, поддаётся математическому анализу. В большинстве случаев, результат может быть получен только путём численного моделирования. Численное решение задач геофизической (астрофизической) гидродинамики, в том числе численный прогноз погоды, относится к самым сложным задачам вычислительной математики.

Основой геофизической гидродинамики являются уравнения движения вязкой жидкости Навье-Стокса, уравнение теплопроводности. После осреднения уравнений согласно методу Рейнольдса, они становятся применимыми к турбулентному состоянию. К фундаментальным принципам геофизической гидродинамики относятся также уравнение вихря, уравнение потенциального вихря.

Источником данных для построения физических моделей в геофизической гидродинамике являются наблюдения за общей циркуляцией и отдельными явлениями в атмосфере Земли, в мировом океане, в атмосферах других планет и спутников планет, а также специальные натурные (в том числе и экспедиционные) исследования. Некоторые явления геофизической гидродинамики (цикл индекса или «васцилляция») удаётся смоделировать в лабораторных экспериментах. Наблюдательная астрономия (в радио, оптическом, рентгеновском и гамма) диапазонах поставляет данные для астрофизической гидродинамики.

Разные разделы геоастрофизической гидродинамики обогащают друг друга идеями, основанными на аналогии физических механизмов. Например, модель строения и динамики Солнца в значительной мере опирается на результаты, достигнутые в динамической метеорологии[1]. Тоже можно сказать и о теории дисковой аккреции, в которой аналогия между явлением цикла индекса с переменностью рентгеновских звёзд[2] и активизацией ядер галактик[3] оказалась плодотворной.

Прикладные задачи

Достижения геофизической гидродинамики используются для решения различных прикладных задач. Прикладные задачи в геофизической гидродинамики решают прикладная метеорология, гидрология, океанология, глобальная экология.

Отраслевые периодические издания

Geophysical, Astrophysical Fluid Dynamics. Gordon and Breach Science Publications Inc.

См. также

Примечания

  1. ↑ Монин А. С. Солнечный цикл. Л.: Гидрометеоиздат,1980.-68 с.
  2. ↑ Кригель А. М. Численное моделирование гиротурбулентных колебаний светимости рентгеновских звёзд // Астрономический журнал, 1990.—67.— Вып.6.—С.1170—1180
  3. ↑ Кригель А. М. О природе периодической активизации вращающихся галактик // Астрофизика, 1991.—35.— Вып.1.—С.85—96

Литература

  • Cushman-Roisin, Benoit; Beckers, Jean-Marie. Introduction to Geophysical Fluid Dynamics: Physical and Numerical Aspects (англ.). — Second. — Academic Press, 2011. — ISBN 978-0-12-088759-0.
  • Gill, Adrian E. Atmosphere : Ocean dynamics. — [Nachdr.]. — New York: Academic Press, 1982. — ISBN 978-0122835223.
  • McWilliams, James C. Fundamentals of geophysical fluid dynamics (англ.). — Cambridge: Cambridge University Press, 2006. — ISBN 9780521856379.
  • Monin, A.S. Theoretical Geophysical Fluid Dynamics. — Dordrecht: Springer Netherlands, 1990. — ISBN 978-94-009-1880-1.
  • Pedlosky, Joseph. Geophysical Fluid Dynamics. — Springer Science & Business Media, 2012. — ISBN 9781468400717.
  • Salmon, Rick. Lectures on Geophysical Fluid Dynamics (англ.). — Oxford University Press, 1998. — ISBN 9780195355321.
  • Vallis, Geoffrey K. Atmospheric and oceanic fluid dynamics : fundamentals and large-scale circulation (англ.). — Reprint. — Cambridge: Cambridge University Press, 2006. — ISBN 978-0521849692.
  • Гилл А. Динамика атмосферы и океана.—М.: Мир.—1986.
  • Горбацкий В. Г. Космическая газодинамика.—М.: Наука.—1977.—360 с.
  • Должанский Ф. В. Лекции по геофизической гидродинамике.—М.: ИВМ РАН.—2006.—378 с.
  • Кочин Н. Е., Кибель И. А., Розе Н. В. Теоретическая гидромеханика.—М.: ГИТТЛ.—1955.
  • Монин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика.—М.: Наука.—Часть 1.—1965.—639 с., Часть 2.—1967.—720 с.
  • Монин А. С. Теоретические основы геофизической гидродинамики.—Л.: Гидрометеоиздат.—1988.—424 с.
  • Педлоски Дж. Геофизическая гидродинамика. В двух томах.—М.: Мир.—1984.—398 с.