Большая Советская Энциклопедия (ДИ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 61

  В 20-х гг. 20 в. начинается быстрое развитие Д. м. в СССР; сформировалась советская школа Д. м., основанная А. А. Фридманом. Ещё в 1914 Фридман совместно с шведским учёным Т. Гессельбергом впервые дал оценки порядков величин основных метеорологических элементов (давления, температуры, влажности и др.) и их изменчивости, позволившие упростить уравнения Д. м. В 1922 Фридман построил и детально проанализировал общее уравнение для определения вихря скорости, характеристики местного вращения среды около мгновенных осей в движущейся жидкости, которое впоследствии приобрело фундаментальное значение в теории прогноза погоды. Н. Е. Кочин в 1931 решил задачу о потере устойчивости поверхности раздела между двумя воздушными массами, связанной с образованием циклонов, а в 1935 развил теорию общей циркуляции атмосферы, использовав идею о планетарном пограничном слое. А. А. Дородницын (1938, 1940) теоретически решил задачу о влиянии горного хребта на воздушный поток, в 1940 он рассчитал суточный ход температуры. Принципиальным шагом в решении основной практической задачи Д. м. — прогноза погоды — явилась работа И. А. Кибеля, в которой был дан метод прогноза поля давления и температуры на сутки (1940). Основы гидродинамического метода долгосрочных прогнозов были заложены в работе Е. М. Блиновой (1943). Один из узловых вопросов Д. м. — взаимосвязь полей давления и ветра в атмосфере — был исследован шведским учёным К. Г. Росби (1938) и успешно решён А. М. Обуховым в СССР в 1949. В дальнейшем эта задача была обобщена в работах 1950-х гг. И. А. Кибеля и А. С. Монина, что позволило в 1960-х гг. перейти к более точным методам прогноза погоды. Первые численные прогнозы давления были выполнены в 1951 американским учёным Дж. Чарни и др. Существенным шагом в теории прогноза явились работы Г. И. Марчука и Н. И. Булеева (1953; СССР) и К. Хинкельмана (ФРГ), в которых впервые учитывалось влияние процессов на большой площади на изменение атмосферных условий в пункте, для которого рассчитывается прогноз. Появление в 50-х гг. ЭВМ и бурное развитие вычислительной математики дали толчок интенсивному развитию многих разделов Д. м.

  Основные уравнения. Д. м. рассматривает тонкий по сравнению со средним радиусом Земли (6374 км) слой атмосферы толщиной в 20—30 км. Здесь сосредоточено почти 98% всей её массы, что обусловлено влиянием силы тяжести — одной из основных сил, действующих на малый объём («частицу») воздуха. Атмосфера Земли в этом слое — достаточно плотная среда, чтобы рассматривать её как непрерывную и применять к ней законы механики сплошных сред: закон сохранения массы, позволяющий написать уравнение неразрывности, и закон изменения количества движения. Главные силы, действующие на частицу воздуха (помимо силы тяжести), — отклоняющаяся сила вращения Земли (или Кориолиса сила) и диссипативные силы турбулентного трения. Основными особенностями движений, рассматриваемых в Д. м., являются малость скорости ветра по отношению к скорости звука и большое влияние силы тяжести.

  Динамика атмосферных процессов всевозможных масштабов тесно связана с притоком тепла. Применение первого начала термодинамики к атмосферным процессам даёт так называемое уравнение притока тепла под действием трёх основных источников тепла в атмосфере: лучистого и турбулентного притоков тепла, а также выделения энергии при фазовых переходах влаги из одних состояний в другие (пар, жидкие капли, лёд). Термодинамические параметры атмосферы — давление, температура и плотность — связаны уравнением состояния.

  К перечисленным уравнениям добавляются уравнения, определяющие перенос лучистой энергии в атмосфере, перенос влаги, условия образования облаков и выпадения осадков. Граничные условия на земной поверхности связывают температуру воздуха с температурой поверхности материков и океанов. Взаимно обусловленными оказываются также воздушные и океанические течения. Т. о., общая постановка задачи Д. м. включает определение давления, плотности, температуры и влажности воздуха, трёх составляющих ветра, условий образования облаков и осадков в связи с величинами, характеризующими состояние океана и суши. Эта задача чрезвычайно сложна и решается лишь при весьма существенных упрощениях. Развитие Д. м. тесно связано с разработкой методов решения нелинейных уравнений математической физики.

  Основные проблемы Д. м. 1) Изучение общей циркуляции атмосферы (ОЦА). Интегрирование уравнений Д. м. на длительные сроки при возможно полном учёте тепло- и влагообмена в атмосфере, а также термического и динамического взаимодействия океана и атмосферы позволило создать математическую модель ОЦА, которая в главных чертах соответствует данным наблюдений. Изменяя внешние параметры, можно выяснить причины аномалий климата, а также установить закономерности климата прошлых геологических эпох. Эти работы имеют значение и для теории долгосрочного прогноза погоды. Имеющиеся эмпирические сведения об атмосфере Земли ещё не вполне достаточны для построения полной модели ОЦА. В связи с этим важной задачей Д. м. является исследование глобальных атмосферных процессов путём изучения процессов переноса радиации конвекции и др.

  2) Исследование турбулентности в атмосфере и гидросфере. Роль турбулентного обмена в атмосфере весьма велика; за редким исключением все атмосферные движения по существу являются турбулентными. Для развития и совершенствования теории турбулентности необходимо наряду с разработкой математических моделей развивать тонкие экспериментальные методы определения локальных и интегральных характеристик турбулентного обмена.

  3) Прогноз погоды. Условно проблема делится на три части: краткосрочный прогноз на срок до 3 суток, долгосрочный прогноз (прогноз на 5—10 дней, прогноз на месяц и даже на сезон) и прогноз местных условий погоды. Начиная с 60-х гг. 20 в. прогнозы синоптического положения (преимущественно распределения давления и др. метеорологических элементов над обширным районом) на короткий срок методами Д. м. широко применяются в ряде стран с высокоразвитой вычислительной техникой (СССР, США, Великобритания, Франция, Швеция, Норвегия и др.). В опытном порядке составляются также долгосрочные прогнозы отдельных элементов (средняя температура и давление) на основе Д. м. Методы этих прогнозов более тесно связаны с моделями ОЦА, чем методы краткосрочного прогноза. Прогноз местных условий погоды составляется пока преимущественно эмпирическим путём на основе прогноза общего синоптического положения. Теоретические подходы к такому прогнозу трудоёмки и сложны; на базе Д. м. такие прогнозы составляются лишь в опытном порядке в наиболее хорошо оснащённых вычислительной техникой прогностических центрах. Широкое использование сверхбыстродействующих ЭВМ позволит разрабатывать прогностические схемы, в которых одновременно с долгоживущими особенностями метеорологического режима будут получать и короткоживущие, определяющие изменение условий погоды над небольшой территорией.

  Лит.: Основы динамической метеорологии, Л., 1955; Белинский В. А., Динамическая метеорология, М. — Л., 1948; Марчук Г. И., Численные методы в прогнозе погоды, Л., 1967; Юдин М. И., Новые методы и проблемы краткосрочного прогноза погоды, Л., 1963; Монин А. С., Прогноз погоды как задача физики, М., 1969; Кибель И. А., Введение в гидродинамические методы краткосрочного прогноза погоды, М., 1957; Метеорология и гидрология за 50 лет Советской власти, под ред. Е. К. Федорова, Л., 1967.

  Е. М. Добрышман.

Динами'ческая нагру'зка, нагрузка, характеризующаяся быстрым изменением во времени её значения, направления или точки приложения и вызывающая в элементах конструкции значительные силы инерции.

Динами'ческая оши'бка, динамическая погрешность, динамическое отклонение, разность между требуемым и действительным значениями регулируемой величины, возникающая и измеряющаяся в процессе регулирования; см. Регулирование автоматическое.