Отправить другу/подруге по почте ссылку на эту страницуВариант этой страницы для печатиНапишите нам!Карта сайта!Помощь. Как совершить покупку…
московское время15.08.18 16:18:34
На обложку
Протяжённые транспортные сооружения на активных геоструктурах:…авторы — Быкова Н. М.
Введение в теорию нелинейных колебаний: Учебное пособие…авторы — Бутенин Н. В., Неймарк Ю. И., Фуфаев Н. А.
Как поймать карасяавторы — Горяйнов А. Г.
б у к и н и с т и ч е с к и й   с а й т
Новинки«Лучшие»Доставка и ОплатаМой КнигоПроводЗаказ редких книгО сайте
Книжная Труба   поиск по словам из названия
СЛЕДУЮЩАЯ ОТПРАВКА НАЛОЖЕННЫМ ПЛАТЕЖОМ НЕ ПОЗДНЕЕ 1 СЕНТЯБРЯ. ВОЗМОЖНЫ ЗАДЕРЖКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗАКАЗОВ
Авторский каталог
Каталог издательств
Каталог серий
Моя Корзина
Только цены
Рыбалка
Наука и Техника
Математика
Физика
Радиоэлектроника. Электротехника
Инженерное дело
Химия
Геология
Экология
Биология
Зоология
Ботаника
Медицина
Промышленность
Металлургия
Горное дело
Сельское хозяйство
Транспорт
Архитектура. Строительство
Военная мысль
История
Персоны
Археология
Археография
Восток
Политика
Геополитика
Экономика
Реклама. Маркетинг
Философия
Религия
Социология
Психология. Педагогика
Законодательство. Право
Филология. Словари
Этнология
ИТ-книги
O'REILLY
Дизайнеру
Дом, семья, быт
Детям!
Здоровье
Искусство. Культурология
Синематограф
Альбомы
Литературоведение
Театр
Музыка
КнигоВедение
ЛитПамятники
Современные тексты
Худ. литература
NoN Fiction
Природа
Путешествия
Эзотерика
Пурга
Спорт

/Наука и Техника/Физика

Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя — Браун Р. А.
Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя
Браун Р. А.
год издания — 1978, кол-во страниц — 151, тираж — 1300, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б тканев., масса книги — 310 гр., издательство — Гидрометеоиздат
цена: 499.00 рубПоложить эту книгу в корзину
Сохранность книги — хорошая

R. A. BROWN
University of Washington, Seattle
Analytical Methods in
PLANETARY BOUNDARY-LAYER
MODELLING


ADAM HILGER
LONDON 1974


Пер. с англ. Э. В. Попова

Формат 60x90 1/16. Бумага типографская №1. Печать высокая
ключевые слова — пограничн, атмосфер, геофиз, гидродинам, океан, мезомасштаб, климат, облачн, осадк, турбулентност, ламинар, конвекц, метеоролог, кориолис, буссинеск, прандтл, экман,микрометеоролог, подоб, геостроф, приземн, россб, синопт, адвективн

Книга содержит компактное изложение аналитических теорий планетарного пограничного слоя атмосферы. В последние годы в этой области начинают господствовать вычислительные методы, результаты которых часто утрачивают свойство наглядности. Не отрицая важности этого направления нельзя не признать, что аналитические методы должны сохранять своё значение для того, чтобы сами вычислители представляли себе качественно объект своих исследований. Кроме того, она содержит полноценный материал для подготовки соответствующего лекционного курса.

Рассчитана на специалистов по пограничному слою и полезна для ознакомления с предметом студентам, аспирантам и специалистам в других областях геофизики.


Геофизическая гидродинамика изучает процессы в окружающих нас воздухе и воде. Эта среда порождает и поддерживает бесчисленные формы жизни. К ним, между прочим, принадлежит и Homo sapiens, что оправдывает наш интерес к законам, управляющим движением жидкости или газа. Планетарным пограничным слоем называется слой, прилегающий к поверхности планеты и непосредственно испытывающий её влияние. В атмосфере его толщина составляет несколько километров, а в океане — несколько десятков метров. Понятно, что эти области в наибольшей степени испытывают на себе активность Homo sapiens.

Деятельность человека в последнее время настолько усилилась, что теперь она оказалась в состоянии взаимосвязи с окружающей средой. Так, если распространение загрязняющих веществ ограничивается пограничным слоем, в обширных районах могут создаться условия, значительно затрудняющие жизнедеятельность человека. Для выяснения механизма загрязнения воздуха и борьбы с ним крайне желательно располагать мезомасштабной моделью пограничного слоя.

По мере расширения и усложнения человеческой деятельности всё более необходимым становится и изучение естественных вариаций окружающей среды, которые уже теперь являются важным фактором планирования. Реалистические модели пограничных слоёв требуются также для прогноза погоды и исследований по проблеме изменения климата. Потоки тепла, влаги и импульса влияют на всю атмосферу. Они оказываются, в частности, в тесной связи с режимом облачности и осадков. Добыча полезных ископаемых на берегах Северного Ледовитого океана пробудила интерес к исследованиям пакового льда, движение которого происходит под воздействием как атмосферы, так и океана. Из всего сказанного следует, что прогноз состояния планетарного пограничного слоя становится важной чисто практической задачей.

Анализ планетарного пограничного слоя в общем случае исключительно сложен. Описывающие его уравнения имеют восьмой порядок, они трёхмерны, нелинейны, нестационарны и содержат решения, неустойчивые к малым возмущениям. Последнее свойство является причиной турбулентности, масштабы которой могут достигать масштабов самого пограничного слоя. Масштабы движений в пограничном слое изменяются от сантиметров до километров.

Аналитические методы применимы преимущественно к линейным уравнениям низкого порядка, например для анализа ламинарного потока. Они включают в себя методы алгебры, счислений или иных логических систем, опирающихся на символику, определяемую в терминах конкретной системы координат.

Может показаться, что роль аналитических методов в исследовании такой сложной проблемы невелика. И всё же данные натурных наблюдений, число которых непрерывно растёт, показывают, что для атмосферы и океана в целом, может быть, более свойственны простые решения. Представляется, что долгопериодные процессы можно считать, например, квазистационарными, т. е. предполагать, что они могут быть аппроксимированы прямоугольной волновой функцией. Показателями того, что ламинарное движение действительно существует, являются облачность в виде чередующихся правильных полос, наличие ряби на поверхности океана и пр. Простая параметризация течения в пограничном слое нужна прежде всего для прогноза погоды, исследований загрязнения атмосферы и других геофизических задач, в которых требуется информация о трении и потоках тепла и влаги на поверхности.

Замечено, что в той или иной степени пограничный слой всегда стратифицирован. Таким образом, в практических приложениях надо учитывать термические факторы. Не менее очевидным кажется, что процессы в планетарном пограничном слое нестационарны. Разумеется, не существует аналитических решений, которые учитывали бы все свойства наблюдаемых потоков.

Проблема пограничного слоя рассматривалась с трёх независимых точек зрения: как задача о динамике нейтрально стратифицированного потока, задача термической конвекции и, наконец, как полная задача, решаемая численными методами. По первым двум темам литература очень обширна. Быстро растёт и число исследований, относящихся к третьей категории. Успешное решение проблемы пограничного слоя в одинаковой степени требует развития всех трёх направлений.

Настоящая книга относится скорее к первой категории. Исследования, основанные на аналитических методах, должны особое внимание уделять динамическому потоку с нейтральной стратификацией, как частному случаю более общей ситуации. Есть основания надеяться, что рассматриваемые ниже методы имеют дидактическую ценность, т. е. способствуют пониманию природы пограничного слоя. Аналитические решения, так же как вообще случай нейтральной стратификации, имеют большое значение для исследования более общей задачи, учитывающей неоднородность распределения плотности.

Книга написана с позиций геофизика и даже точней — метеоролога. Тем не менее многие результаты, приведённые в ней, получены в гидродинамике или аэродинамике. Например, логарифмический профиль скорости, фиксируемый ниже области проявления кориолисовых эффектов, прямо вытекает из пристеночного закона. Концепция пути смешения, аэродинамические методы определения коэффициента сопротивления и многие представления теории турбулентности заимствованы из классической гидродинамики. Тем не менее первоначальное развитие исследований пограничного слоя происходило под влиянием геофизических запросов. Начиная со статей Буссинеска (1877 г.) и кончая работами Прандтля (1930 г.) планетарный пограничный поток изучался как геофизическое явление. Так, анализ пограничного слоя в поле силы Кориолиса был дан Экманом в 1904 г. в связи с наблюдениями над дрейфом льда. Метеорологические приложения имелись в виду и во многих ранних работах Прандтля.

С усовершенствованием авиации разрыв между интенсивно развиваемой теорией плоскопараллельного потока и теорией геофизического пограничного слоя стал всё возрастать. Это, конечно, объясняется громадным различием в масштабах, а также сложностями, сопровождающими учёт силы Кориолиса и трёхмерности.

Настоящая книга предназначена для геофизиков, изучающих современные гидродинамические методы анализа планетарного пограничного слоя. В пограничном слое как типичном объекте геофизической гидродинамики мы находим весьма сложное переплетение динамических и термических процессов. В связи с этим целесообразно вначале детально изложить основные определения и перечислить возможные подходы. Нередко получается так, что элементарные и фундаментальные понятия трудно отделить друг от друга, так что различие между ними улавливается по порядку изложения или семантике. В настоящее время мы являемся свидетелями того, что методы классической гидродинамики всё более широко используются в геофизической гидродинамике. С другой стороны, гидродинамика способствовала зарождению новых математических методов.

Содержание книги занимает промежуточное положение между гидродинамикой и геофизикой. Остаётся только принести извинения геофизикам, которым покажется, что некоторые вопросы излагаются с излишней тщательностью или даже наивно. В этих случаях им целесообразно перенести внимание с конкретной физической проблемы на метод её решения.

Законы сохранения массы, импульса и энергии имеют конечные масштабы применимости, однако для всех масштабов геофизической гидродинамики они достаточно точны, для того чтобы их можно было принять за аксиомы. Тем не менее очередное допущение — введение континуума — для каждой конкретной проблемы не может быть принято без тщательного обсуждения.

Для облегчения понимания основной материал даётся во введении и первых трёх главах. Более углублённое изложение содержится в последующих главах. В главах 11 и 12 обсуждаются термические эффекты и нестационарность.

Применение численных методов, разумеется, в принципе возможно на любом этапе исследования. Возможности решения полной задачи тем не менее сильно ограничены как уровнем численных методов, так и мощностью ЭВМ. В связи с этим численные методы применяются лишь для решения упрощённых уравнений в пределах некоторого интервала управляющих параметров.

Основное внимание в книге уделяется не численным методам, а способам вывода упрощённых уравнений.

Мы уже располагаем прекрасными книгами по микрометеорологии, численному анализу и классической гидродинамике. Настоящая книга, надо надеяться, дополняет их с минимальным перекрытием.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Р. А. Браун
27 ноября 1972 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие5
 
1. Введение9
 
1.1. Общие положения
1.2. Общий подход11
1.3. Концепция пограничного слоя и лежащие в её основе допущения
1.4. Метод анализа13
1.4.1. Анализ размерностей14
1.4.2. Динамическое подобие15
1.4.3. Характерные величины16
1.4.4. Асимптотические пределы
1.4.5. Тензорное представление17
 
2. Обсуждение уравнений и моделей пограничного слоя18
 
2.1. Законы сохранения
2.2. Уравнения для экмановского слоя20
2.3. Модели пограничного слоя22
2.3.1. Приземный слой
2.3.2. Методы теории подобия23
2.3.3. K-теории
2.3.4. Численные модели
2.3.5. Модель вторичного потока24
2.4. Резюме25
 
3. Определяющие уравнения28
 
3.1. Введение
3.2. Напряжения29
3.3. Сила Кориолиса30
3.4. Уравнение для возмущений32
3.5. Масштабирование и приближение Буссинеска35
3.6. Коэффициент турбулентной вязкости38
3.7. Верхние граничные условия
3.8. Термический ветер40
3.9. Уравнения экмановского слоя41
3.10. Резюме42
 
4. Решение для геострофического экмановского слоя44
 
4.1. Введение
4.2. Уравнения для геострофического экмановского слоя45
4.3. Решение для геострофического экмановского слоя46
4.4. Резюме49
 
5. Приземный слой51
 
5.1. Введение
5.2. Уравнения приземного слоя52
5.3. Решение с помощью анализа размерностей53
5.4. Путь смешения54
5.5. Методы экспериментальных исследований приземного слоя56
5.5.1. Аэродинамический метод
5.5.2. Профильный метод57
5.5.3. Применение профильного метода при наличии стратификации58
5.6. Резюме61
 
6. Сращивание экмановского геострофического слоя с приземным63
 
6.1. Общие положения
6.2. Условия сращивания
6.2.1. Склеивание решений66
6.2.2. Сращивание решений67
6.3. Законы сопротивления68
6.4. Резюме71
 
7. Теория подобия для планетарного пограничного слоя73
 
7.1. Общие положения
7.2. Анализ размерности и динамическое подобие74
7.3. Сращивание решений76
7.4. Резюме79
 
8. Теории, основанные на концепции турбулентной вязкости81
 
8.1. Общие положения
8.2. Модель Россби82
8.3. Эмпирические оценки распределения турбулентной вязкости85
8.4. Аналитическое представление K(z)89
8.5. Резюме94
 
9. Неустойчивость экмановского течения96
 
9.1. Общие положения
9.2. Физический механизм неустойчивости в точке перегиба97
9.3. Вывод и приведение к безразмерному виду уравнений теории
устойчивости99
9.4. Резюме106
 
10. Модель вторичного потока109
 
10.1. Введение
10.2. Общие положения
10.3. Уравнения вторичного потока111
10.3.1. Уравнения
10.3.2. Баланс энергии
10.3.3. Модифицированные уравнения для среднего потока112
10.4. Решение для вторичного потока114
10.4.1. Метод решения
10.4.2. Результаты116
10.5. Резюме118
 
11. Термические эффекты122
 
11.1. Основные параметры
11.2. Конвекция123
11.3. Учёт конвекции в динамических моделях124
11.3.1. Стратифицированный экмановский слой
11.3.2. Теория подобия для стратифицированного слоя126
 
12. Нестационарное течение128
 
12.1. Общие положения
12.2. Суточный цикл
12.3. Синоптические колебания129
12.4. Инерционное и адвективное ускорения132
12.5. Резюме
 
Приложения134
 
Список литературы140
Предметный указатель146

Книги на ту же тему

  1. Метеорология и климатология: учебник. — 7-е изд., Хромов С. П., Петросянц М. А., 2006
  2. Физика атмосферы, Хргиан А. Х., 1953
  3. Основы океанологии: Учебное пособие, Иванов В. А., Показеев К. В., Шрейдер А. А., 2008
  4. Численные методы краткосрочного прогноза погоды, Гандин Л. С., Дубов А. С., 1968
  5. Численные методы прогноза погоды, Белов П. Н., Борисенков Е. П., Панин Б. Д., 1989
  6. Климат города, Ландсберг Г. Е., 1983
  7. Математические методы в теории пограничного слоя, Олейник О. А., Самохин В. Н., 1997
  8. Математические модели циркуляции в океане, Марчук Г. И., Кочергин В. П., Саркисян А. С., Бубнов М. А., Залесный В. Б., Климок В. И., Кордзадзе А. А., Кузин В. И., Протасов А. В., Сухоруков В. А., Цветова Е. А., Щербаков А. В., 1980
  9. Динамика верхнего слоя океана. — 2-е изд., испр. и доп., Филлипс О. М., 1980
  10. Динамика приповерхностного слоя воздуха, Бютнер Э. К., 1978
  11. Моделирование вертикальной термической структуры деятельного слоя океана, Калацкий В. И., 1978
  12. Динамика внутренних гравитационных волн в океане, Миропольский Ю. З., 1981
  13. Оптика моря. — 2-е испр. и доп. изд. «Оптической океанографии», Ерлов Н. Г., 1980
  14. Введение в теорию волновых движений в океане: Учебное пособие, Фукс В. Р., 1982
  15. Прогноз температуры воды в океане, Глаголева М. Г., Скриптунова Л. И., 1979
  16. Избранные труды. Нелинейные волны в океане, Воляк К. И., 2002
  17. Мелкомасштабная турбулентность в океане, Поздынин В. Д., 2002
  18. Динамика баланса массы ледников в связи с макроциркуляционными процессами в атмосфере, Федоров В. М., 2011
  19. Динамика реальных жидкостей, Ричардсон Э., 1965
  20. Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой, Гусев Е. М., Насонова О. Н., 2010
  21. Лабораторные модели физических процессов в атмосфере и океане, Алексеев В. В., Киселева С. В., Лаппо С. С., 2005
  22. Проблемы турбулентных течений, Струминский В. В., ред., 1987
  23. Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере, Алоян А. Е., 2008
  24. Численный эксперимент в турбулентности: От порядка к хаосу, Белоцерковский О. М., Опарин А. М., 2001
  25. Проблемы гидродинамики и их математические модели. — 2-е изд., Лаврентьев М. А., Шабат Б. В., 1977
  26. Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы: Учебное пособие, Лыкосов В. Н., Глазунов А. В., Кулямин Д. В., Мортиков Е. В., Степаненко В. М., 2012
  27. Модели глобальной атмосферы и Мирового океана: алгоритмы и суперкомпьютерные технологии: Учебное пособие, Толстых М. А., Ибраев Р. А., Володин Е. М., Ушаков К. В., Калмыков В. В., Шляева А. В., Мизяк В. Г., Хабеев Р. Н., 2013
  28. Проливы Мирового океана. Общий подход к моделированию, Андросов А. А., Вольцингер Н. Е., 2005
  29. Пространственно-временная изменчивость структуры и динамики вод Охотского моря, Власова Г. А., Васильев А. С., Шевченко Г. В., 2008
  30. Может ли человек изменить климат. Два проекта. — 3-е изд., Борисов П. М., 2005
  31. Углекислый газ в атмосфере, Бах В., Крейн А., Берже А., Лонгетто А., ред., 1987
  32. Возможности предотвращения изменения климата и его негативных последствий: проблема Киотского протокола: материалы Совета-семинара при Президенте РАН, 2006
  33. Энергия и климат: Сборник статей, 1981

Напишите нам!© 1913—2013
КнигоПровод.Ru
Рейтинг@Mail.ru btd.kinetix.ru работаем на движке KINETIX :)
elapsed time 0.029 secработаем на движке KINETIX :)