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, далекие 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 упрощенных случаях, поддается 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») удается 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[ | ]

  • 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.