Предмет геофизической гидродинамики. Уравнения движения. Основные упрощающие приближения

Предисловие к ч. I.

Настоящий вводный курс в геофизическую гидродинамику является собранием тех лекций, которые читались для студентов и магистрантов Новосибирского Государственного университета в течение более пяти лет. Этот курс, рассчитанный на семестр, не может охватить весь огромный материал, который к настоящему времени накопился в этой интенсивно развивающейся науке, даже подготовка к деятельности в которой требует нескольких лет. В то же время, знание основных особенностей гидродинамики жидкостей на вращающихся небесных телах будут, по-видимому, полезны для будущих специалистов по наукам о Земле. Поэтому, основа курса состоит из получения уравнений гидротермодинамики жидкости во вращающейся системе координат на Земле, основных понятий и теорем, связанных со спецификой планетарных процессов, ряда приближений, упрощающих представление основных процессов, линейный анализ волновых процессов, безразмерный анализ уравнений и, основанное на этом, описание основных пограничных слоев в  океане и атмосфере. Первые три раздела следуют с некоторыми изменениями монографии Дж. Педлоски [1], четвертый раздел в основном представляет трактовку, представленную в монографии П.Ле Блона и Дж.Майзека [2]. Волновые процессы во вращающейся жидкости раздела пять переработаны на основе работ В.М.Каменковича [3], Дж. Гилла [4], а также уже упоминавшейся уже работы П.Ле Блона и Дж. Майсека. Раздел об осреднении уравнений гидротермодинамики планетарных движений является свободным и предельно упрощенным изложением проблем, связанных с турбулентной диффузией и вязкостью в геофизической гидродинамике. Здесь, наверное, среди многих работ, посвященных этой теме, необходимо отметить в качестве руководства для автора работы Р.В.Озмидова [5]. Безразмерный анализ планетарных движений в океане адаптирован автором на основе наиболее удачного анализа в представлении В.Холланда [6]. На основе этого анализа представилась возможность описать пограничные слои, характерные для океана и атмосферы. Сюда входят пограничный слой В.Экмана [7], весьма полно представленная на русском языке в монографии Шулейкина [8], теория вязкого западного пограничного слоя Г.Стоммела [9], которая в данной работе трактуется как следствие метода полных потоков  В.Б.Штокмана [10], развитого в дальнейшем А.С.Саркисяном [11]. Важной частью курса является представление теории свободной инерционной струи, разработанной П.Н.Фофоновым [12] на основе трактовки с использованием аппарата асимптотических разложений, предложенного автором. Последний раздел посвящен наиболее крупному в планетарном масштабе пограничному слою – термическому пограничному слою в океане – «термоклину». При многочисленности всех моделей бароклинного пограничного слоя, где следует упомянуть известные работы М.С.Линейкина [13], для демонстрации нелинейного варианта модели была выбрана модель, предложенная Нидлером [14].  Все эти модели являются иллюстрацией безграничности всех проблем, которые стоят в геофизической гидродинамике, и которые ярко представлены в монографии А.С.Монина [15] .