Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Контроль и прогноз климата на Земле в :вязи с деградацией окружающей среды и истощением ресурсов предполагает некоренные исследования в этом направлении, в частности изучение климата Мирового океана, океанических структур и гидротермодинамических іроцессов в нем. Климат океана в большой степени характеризуется голожением и состоянием когерентных образований, ярким примером :оторых являются климатические фронты. Такие образования в известном іриближении можно рассматривать, как неравновесные нелинейные [иссипативные (квази-) стационарные открытые системы, теоретические методы ' исследования которых успешно развиваются в последние (есятилетия в неравновесной термодинамике. Поскольку такие системы ібладают рядом экстремальных свойств, получили развитие вариационные методы исследования нелинейных структур (Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. М.: Лир. 1973). Проявление экстремальных свойств в океане повсеместно, это максимумы и минимумы в термохалипных характеристиках и их градиентах, ікстремумьі в полях горизонтальных и вертикальных течений, массо-епло/обмена-переноса, процесса уплотнения при смешении на фронтах cabbeling). Применяя вариационные методы, в данном исследовании юказано, что любое стационарное состояние или процесс в океане обладает универсальным экстремальным свойством. Использование теоретических методов неравновесной термодинамики, связанных со свойствами функции щтропии и ее производных, позволяют по новому взглянуть на исследуемый )бъект, и как следствие возможность получить новую полезную информацию щя проблем рыболовства, судоходства, прогноза погоды и климата, что и іпределяют актуальность данной работы. Разработка и использование «традиционных теоретических подходов в дополнение к известным >собенно актуально в океанологии, поскольку проведение натурных іаблюцєний требует значительных финансовых и временных ресурсов.
4 ЦЕЛЬ РАБОТЫ - на основе методов неравновесной термодинамики, связанных со свойствами функции энтропии и ее производных, создать основы вариационного моделирования (локальный потенциал) нелинейных (квази-) стационарных состояний и процессов в физической океанологии, провести исследования экстремальных свойств океанических структур, условий самоподдержания этих структур в перманентном состоянии. Развиваемое научное направление связано с. постановкой задачи расчетов термохалиниых полей и океанских движений. Вопросы, на которые должна ответить создаваемая теория - это условия существования упорядоченных структур в океане, их экстремальные свойства, устойчивость и возможность самоподдержания за счет внутренних процессов. Приложения теории проводятся в основном на примере климатических когерентных структур субарктической фронтальной зоны Тихого океана - субарктического фронта и фронта (продолжения) Куросио.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, которые составляют НОВИЗНУ работы и ВЫНОСЯТСЯ НА ЗАЩИТУ:
1. Хіоказапо: любое состояние или процесс в океане, описываемые
стационарными уравнениями гидроте.рмодинамики (в работе
приближении Буссинеска и полуэмпирической теории турбулентности
характеризуется минимумом обобщенного производства энтропии.
-
В вариационной постановке построен функционал (локальны! потенциал), уравнениями Эйлера которого при поиске экстремума являете: система стационарных уравнений гидродинамики (температуропроводноат диффузии соли) океана;
-
Рассчитан поток энтропии через поверхность Мирового океан: Проведена относительная энергетическая оценка вклада тепло-массообмеп через поверхность и работы ветра в энергетику Мировою океана.
4. Построена блочная модель обмена теплом на границе океан-атмосфера
на основе принципа минимума скорости обмена энтропией.
-
Исследованы экстремальные свойства процесса уплотнения при смешении морских вод на основе теории квадратичных форм. Показана сезонная изменчивость интенсивности процесса уплотнения при смешении на субарктическом фронте Тихого океана- максимум зимой, минимум летом.
-
" Построены вариационные модели поперечной структуры термохалинного и плотностного фронтов, приближенные аналитические решения трехмерной циркуляции на фронте. Приведены оценки равновесной ширины и условия самоподдержания климатического фронта в стационарном состоянии.
7. Показана асимметрия структуры вдолырронтового течения на
плотностном фронте (фронт продолжения Куросио) - обострение северной
границы течения и смещение оси струи к северу. Причины: - а)
стратификация; б) поперечная циркуляция.
ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ базируется па:
-
натурном материале экспедиций;
-
математических расчетах и доказательствах;
3) физической интерпретации и непротиворечивости результатов
существующим физическим представлениям:
4) сравнении результатов с литературными источниками.
1. Исследование экстремальных свойств, условий самоподдержания океанских структур в устойчивом состоянии вариационными методами углубляют знания об океане. Разрабатываемый подход можег быть использован для задач контроля, прогноза и изучения устойчивости климата океана.
2. Поскольку реальный процесс в океане характеризуется минимумом
обобщенного производства энтропии, при численном моделировании
нелинейных систем по этому критерию можно выбрать действительно
реализуемый процесс или состояние из множества возможных.
3. Данные исследования применяются в учебном процессе на
геофизическом факультете Дальневосточного госуниверситета.
4. Отдельные результаты работы использовались в ряде хоздоговорных
тем ("Треугольник", "Корал-АН", "Метеор").
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Результаты работы обсуждались на Всесоюзной конференции "Океан" (Владивосток 1976), конференции "Проблемы загрязнения морей и береговой черты от загрязнения" (Владивосток 1978), XIV Тихоокеанском научном Конгрессе (Хабаровск 1979), симпозиуме "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей (Таллин 1980), IV Всесоюзной конференции "Мировой Океан" (Владивосток 1983), II Всесоюзной конференции по энергетике океана (Владивосток 1985), II Всесоюзном симпозиуме "Механизмы генерации мелкомасштабной турбулентности в океане" (Калининград 1985), II Тихоокеанском симпозиуме по морским наукам .(Находка 1988), I Советско-Китайском симпозиуме по океанологии (Владивосток 1990). Симпозиуме PORSEC92 (Окинава, Япония 1992), II Китайско-Советском симпозиуме по океанологии (Далянь, Китай 1992). II ежегодном совещании P1CES (Сиетл, США 1993).
В основу настоящей диссертации взяты научные результаты и выводы, принадлежащие непосредственно автору.
