Внутренние и инерционные волны в задачах гео- и астрофизической гидродинамики
Автор: Евгений Валерьевич Ерманюк
Организация: Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН
Рис. Картина инерционных волн во вращающейся сферической оболочке, возмущаемой малыми круговыми колебаниями ядра [2].
Исследование волновых процессов во вращающейся и стратифицированной жидкости является фундаментальной задачей гео- и астрофизической гидродинамики. Внутренние и инерционные волны удовлетворяют специфическому дисперсионному соотношению, в которое входит частота возмущающего воздействия и направление распространения волн, но не входит масштаб длины. В замкнутых областях могут наблюдаться различные режимы движения, в том числе высокоэнергетические, такие как волновые аттракторы и нормальные моды. В астрономических приложениях упомянутые режимы играют важную роль в процессе приливного захвата (синхронизации) в системах естественный спутник – центральное тело, имеющее твердое ядро и жидкую оболочку, поскольку для различных режимов движения значения диссипации энергии в оболочке могут отличаться на несколько порядков [1]. В случае тонкой оболочки (океан на Земле) существенное значение имеет диссипация за счет трения о дно, однако заметный вклад в глобальную диссипацию (порядка 25%) вносит также излучение внутренних волн топографией дна.
В докладе представлено современное состояние исследований глобальных энергетических характеристик волновых аттракторов и нормальных мод, а также экспериментального и численного моделирования инерционных и внутренних волн в жидких оболочках (см. напр., [2]). Рассмотрена задача о численной и экспериментальной оценки мощности, затрачиваемой на поддержание волнового движения в системе, допускающей существование аттракторов внутренних волн [3]. Выполнено сопоставление различных способов оценки потока энергии в системе, проведено сравнение экспериментальных результатов с результатами прямого численного моделирования с помощью метода спектральных элементов Nek5000.
Работа была выполнена в рамках гранта РНФ 23-41-00090.
1. Ogilvie G. Tidal Dissipation in Stars and Giant Planets // Annu. Rev. Astron. Astrophys. 2014. Vol. 52. P. 171–210
2. Subbotin S., Shmakova N., Ermanyuk E., Kozlov V. Stewartson layer instability and triadic resonances in rotating sphere with oscillating inner core // Phys. Fluids. 2022. Vol.34(6). P. 064103:1-18.
3.Shmakova N., Makridin Z., Rudaya Y., Chebotnikov A., Boyko O., Ermanyuk E. The power of internal wave attractor // Phys. Fluids. 2025. Vol. 37(1). P. 016607:1-10.
