Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




20.01.2022


19.01.2022


19.01.2022


19.01.2022


18.01.2022





Яндекс.Метрика





Геофизическая гидродинамика

05.12.2021

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:

  • Гидродинамическая неустойчивость.
  • Теория турбулентности.

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. Тоже можно сказать и о теории дисковой аккреции, в которой аналогия между явлением цикла индекса с переменностью рентгеновских звёзд и активизацией ядер галактик 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.