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 .
• — дисциплина, исследующая физические механизмы крупномасштабных движений в морях и океанах .
• — 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 , 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 ), (), термодинамики , с учётом достижений теории турбулентности (), 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 , .

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.

См. также

Примечания

Литература