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 :
- Динамическая метеорология — дисциплина, исследующая физические механизмы крупномасштабных движений в атмосфере Земли.
- Физическая океанология — дисциплина, исследующая физические механизмы крупномасштабных движений в морях и океанах.
- Теория климата — дисциплина, исследующая физические механизмы изменений климата.
- Геофизика, Геодинамика — в части изучения циркуляции в жидком ядре планеты, и, связанных с ней, движений континентов; изучения происхождения и периодических обращений планетарного магнитного поля.
- Планетология — в части изучения особенностей циркуляции в атмосферах планет.
К астрофизической гидродинамике относится:
- Исследование механизмов конвекции и общей циркуляции на Солнце и в других вращающихся звёздах.
- Исследование механизмов, управляющих движением газовых компонент во вращающихся галактиках.
- Аккреционные диски в тесных двойных системах, в ядрах галактик, протопланетных газо-пылевых облаках.
- Релятивистские струйные течения (Джеты).
- Исследование механизма происхождения магнитного поля и его переменности в астрофизических объектах.
- Гидродинамические эффекты в космологии, в том числе происхождение вращения (турбулентности) во Вселенной.
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
- Гидродинамика
- Магнитная гидродинамика
- Релятивистская гидродинамика
- Статистическая гидромеханика
- Турбулентность
- Астрофизика
- Аккреционный диск
- Физика атмосферы
- Динамическая метеорология
- Океанология
- Гидрология
- Уравнение вихря
- Сила Кориолиса в гидроаэромеханике
Примечания
- ↑ Монин А. С. Солнечный цикл. Л.: Гидрометеоиздат,1980.-68 с.
- ↑ Кригель А. М. Численное моделирование гиротурбулентных колебаний светимости рентгеновских звёзд // Астрономический журнал, 1990.—67.— Вып.6.—С.1170—1180
- ↑ 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.
Эта страница в последний раз была отредактирована 23 октября 2023 в 21:28.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.