Теория мезомасштабной турбулентности. Вихри атмосферы и океана

Арсеньев С.А., Бабкин В.А., Губарь А.Ю., Николаевский В.Н.

Раздел: науки о земле

№-гранта: 09-05-07050

В книге рассмотрены проблемы динамики атмосферы, океана и течений в каналах, которые ранее не поддавались исследованию, поскольку не учитывали инерцию мезовихрей турбулентных потоков. Мезомасштабная теория восполнила пробел благодаря пространственному осреднению, известному из приемов составления конечноразностных компьютерных программ. Показано, что требования однородности турбулентности отнюдь не запрещают асимметрию тензора турбулентных напряжений, если нетривиален собственный угловой момент мезовихрей. Получаемые при этом континуальные уравнения для макропараметров турбулентных объектов позволяют, например, показать зарождение торнадо из облака мелких вихрей атмосферы. Принципиальным оказалось использование потока энергии, как параметра состояния, что типично для термодинамически открытых систем. В качестве приложений мезомасштабной теории к физике атмосферы рассмотрены задачи формирования турбулентного следа за телом, включая эффекты присутствия взвеси и перемежаемости потоков. Из геофизических приложений рассмотрены задачи о формировании океанских течений на экваторе и глобальной циркуляции Мирового океана, также затронута проблема магнитного динамо. Отдельная глава посвящена вопросам турбулентных течений и теплообмена в трубах и каналах, где применение мезомасштабной теории позволило полностью описать как классические турбулентные профили скоростей, так и обнаружить некоторые новые эффекты. Применение среды разработки параллельных программ Parjava для кластерных вычислений позволило получить трехмерные (3D) численные решения задачи зарождения и трансформации торнадо, наглядно иллюстрирующие кинематику процессов и адекватность расчета натурным наблюдениям. Книга рассчитана на специалистов по геофизике, гидродинамике, метеорологии, компьютерным вычислениям, на аспирантов и студентов вузов.

Читать