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.