Земля. Хроники Жизни.
Главная | Регистрация | Вход
 
Пятница, 19.10.2018, 21:30
Приветствую Вас Гость |Личные сообщения() ·| PDA | RSS
Меню сайта
Форма входа
Логин:
Пароль:
Категории раздела
Аномалии [3438]
Атмосфера [1486]
Археология [4846]
Авторские статьи [487]
Вулканы [3264]
Война [1014]
Гипотезы [6178]
Другое [7533]
Животные [2742]
Землетрясения [4440]
Засуха [380]
Избранное [346]
Климат [3431]
Космос [10986]
Карстовые провалы [493]
Круги и рисунки на полях [527]
Медицина и здоровье [2002]
Наука [10758]
НЛО [4607]
Наводнения [3397]
Океан [824]
Оползни [672]
Пожары [909]
Прогноз [1284]
Политические факторы [3490]
Предсказания и пророчества [730]
Радиация [643]
Солнце [1966]
Стихия [3411]
Сверхъестественное [1768]
Технологии [5720]
Тайны истории [5663]
Ураганы [3102]
Факторы и аварии [7919]
Хочу все знать [30]
Этот безумный мир [1411]
Экология [1446]
Эпидемии [1043]
Эксклюзив [308]
Разговоры у камина
Статистика

Онлайн всего: 262
Пользователей: 249
Новых: 13
sasser, amigo, Esenija, Реабилитант, kojo, topzz, np13pak, babanov5, Дон, дебора, kvantic, boJack, barmaley
Главная » 2018 » Июнь » 19 » Смене направлений экваториальных ветров в стартосфере нашли объяснение
13:47
Смене направлений экваториальных ветров в стартосфере нашли объяснение

Физики описали механизм возникновения в экваториальной зоне стратосферы Земли системы ветров, которые примерно раз в год меняют свое направление с восточного на западное.  С помощью двух типов компьютерных моделей — точной и приближенной — удалось показать, что к такому эффекту приводит взаимодействие турбулентной конвективной волны с устойчивой слоистой структурой вертикальных потоков около неоднородно нагретой поверхности. Обнаруженный механизм описывает процессы, происходящие не только в атмосфере Земли, но и в газовых оболочках других небесных тел, например Юпитера и Солнца, пишут ученые в Physical Review Letters.

С точки зрения физики атмосфера представляет собой систему, которая очень далека от состояния равновесия. Из-за этого многие явления, которые в ней происходят и определяют не только погоду, но и климат, до сих пор остаются довольно плохо изученными. Описать такие системы аналитически не удается, а численное моделирование осложнено тем, что определяющие движение воздуха процессы одновременно происходят на очень многих масштабах длин — от сантиметра до сотен километров — и все они оказывают взаимное влияние друг на друга. Из-за этого точное моделирование турбулентных потоков в атмосфере — очень затратная задача с точки зрения вычислений. Поэтому чтобы описать большинство сложных явлений, которые наблюдаются в атмосфере, приходится прибегать к упрощению моделей и искать минимальные условия, при которых эти эффекты начинают проявляться.

Один из таких эффектов, которые не удавалось описать с помощью численного моделировании раньше, — возникновение в экваториальной зоне стратосферы Земли упорядоченной системы ветров, которые периодически меняют свое направления с западного на восточное и наоборот. Направление этих потоков меняется с периодичностью чуть больше года, а полный цикл этих колебаний составляет от 28 до 29 месяцев. При этом, формирование подобных структур наблюдается не только в атмосфере Земли, но и в газовых оболочках других небесных тел, в частности Солнца и Юпитера.
 

Вертикальное распределение средней скорости ветра в экваториальной зоне в конце XX века. Положительные величины соответствуют восточному направлению

Физикам из США и Франции под руководством Майкла Ле Бара (Michael Le Bars) из Марсельского университета впервые удалось исследовать этот эффект с помощью компьютерного моделирования. Для этого ученые использовали достаточно простую двумерную модель, в которой турбулентный слой вязкой среды ограничивается двумя стенками, на одной из которых температура распределена неравномерно. Чтобы можно было смоделировать крупномасштабную систему (ее размер в горизонтальном направлении соответствует примерно около 10 километрам на Земле) без учета совсем маленьких вихрей, ученые предложили использовать приближенную модель, полученную за счет пространственного усреднения уравнений Навье — Стокса. Основная задача при таком усреднении — правильно подобрать параметры, которые характеризуют возникающее в системе напряжение турбулентного трения, которое и описывает влияние всех турбулентных вихрей небольших размеров. В данной работе ученым удалось сделать это, сравнив по ключевым характеристиками картины течений, полученные с помощью точного решения уравнений Навье — Стокса и упрощенных моделей, показав, что таким образом можно описывать динамику подобных систем.
 

Результаты точного моделирования системы с помощью решения уравнений Навье — Стокса. Сверху показаны два среза полей вертикальной скорости в разные моменты времени, снизу — зависимость средней горизонтальной скорости на разной высоте с течением времени
   
В результате авторам работы удалось подробно описать механизм, по которому происходит образование упорядоченных конвективных потоков в атмосфере с периодической сменой направлений. Оказалось, что сначала из-за неоднородного распределения температур на нижней стенки в системе происходит образование двухслойной структуры. Снизу образуется устойчивый слой с периодическим полем вертикальных скоростей, которое слабо меняется с течением времени. Над ним формируется второй слой с конвективным течением, в котором возникает турбулентная волна. А нелинейное взаимодействие между этими слоями приводит к периодической смене направления горизонтальной скорости с периодом значительно больше периода самой турбулентной волны.
 


При этом единственное отличие точного решения от приближенного — степень детализации структуры течения в распространяющейся от нижней стенки турбулентной волны. Из-за этого полностью физический процесс описать упрощенный подход пока не позволяет, тем не менее, основные базовые закономерности установить удалось, и в отличие от точного решения, приближенные модели дают возможность изучить динамику довольно больших систем на длительных промежутках времени. В частности, ученые показали, что при небольших значениях числа Прандтля, которое характеризует теплоперенос в вязких средах, происходит увеличение горизонтальной скорости. Поэтому точное значение этого параметра должно учитываться при моделировании подобных процессов, происходящих в газовых оболочках звезд.

Ученые отмечают, что в дальнейшем уточнение масштабного спектра кинетической энергии в турбулентных атмосферных потоках поможет сделать приближенные модели более подробными и точными, что позволит использовать их для описания многих астрофизических и геофизических процессов.

Правильное описание каскадной системы вихрей — одна из ключевых задач при исследовании и моделировании турбулентных потоков. Например, недавно ученые показали, что диссипация, которая происходит при передаче энергии между вихрями разного размера, определяет многие процессы в турбулентных океанических течениях. Помочь при моделировании таких процессов может правильный выбор инвариантов, одним из которых для таких потоков оказалась гидродинамическая спиральность.
Категория: Атмосфера | Просмотров: 1160 | Добавил: Maks | Рейтинг: 5.0/| Оценить
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Поиск по сайту
Мониторинг
Сейсмическая активность
Солнечная активность
Фазы луны
3D Планета Земля
Солнечная система
Космическая погода
Веб камеры мира
Системы мониторинга
Ионосферная активность
Вспышки на Солнце
Мониторинг вулканов
ТОП Новостей
США накрыла эпидемия таинственной болезни
Проблемы возникли на украинских АЭС
На Земле прогнозируется геомагнитный шторм
В Австралии акула запрыгнула в лодку с туристами
Загадочная мадагаскарская руконожка
Календарь
Архив записей
Новое на форуме

1. Прогулки в Квантовом Мире

(1144)

2. Фракталы

(84)

3. Политические аспекты в жизни общества

(152)

4. ВСЁ.., ЧТО В МИРЕ.., ИНТЕРЕСНО..!!! часть №2

(6020)

5. Давайте предсказывать будущее

(4637)

Последние комментарии

Данные шокируют. Человечество ...


Новые Вакцины и поствакцинальн...

обосрались (с)
Активность Солнца

При использовании материалов Земля - Хроники Жизни гиперссылка на сайт earth-chronicles.ru обязательна.
Рейтинг@Mail.ru Яндекс цитирования