Нелинейная динамика, геофизическая гидродинамика и атмосфера 1. Исследование эволюции вращения кометного ядра. Изучаются вековые эффекты во вращательном движении кометного ядра. Предполагается, что эллипсоид инерции ядра представляет собой эллипсоид вращения. Действие реактивных моментов, возникающих при сублимации кометного вещества под действием солнечной радиации, моделируется в соответствии со стандартными формулами. Выведены общие уравнения вращательного движения ядра. Эти уравнения усредннены по быстрому вращению ядра и по его орбитальному движению. Отдельно рассмотрены случаи, когда такое усреднение неприменимо. Изменением параметров орбиты вследствие испарения кометного вещества пренебрегается. В результате получена система уравнений, описывающая вековые изменения состояния вращения ядра. Показано, что на качественном уровне эволюция вращения ядра определяется единственным параметром, являющимся комбинацией параметров, относящихся к орбите кометы и к геометрии и активности ее ядра. Показано, что эволюция вращения ядра качественно различна в случае, когда активной является вся поверхность ядра, и в случае наличия на ядре только одной активной области. В промежуточных случаях одни сценарии эволюции являются более вероятными, чем другие. Кроме того, полученные решения свидетельствуют, что имеет место тенденция к возрастанию величины момента импульса ядра, что возможно, проявляется в наблюдаемом разрушении кометных ядер.
А.И.Нейштадт (руководитель), д.ф.-м.н., тел. 333-51-45, e-mail:aneishta@iki.rssi.ru
А.А.Васильев, к.ф.-м.н., тел. 333-53-46, e-mail: valex@iki.rssi.ru
В.В.Сидоренко (ИПМ РАН), д.ф.-м.н.;Д.Шиерс, (Мичиганский университет, США)
Опубликовано: A.I. Neishtadt, D.J. Scheeres, V.V. Sidorenko, and A.A. Vasiliev, EVOLUTION OF COMET NUCLEUS ROTATION, Препринт №12 ИПМ РАН, 2001 г. Направлено для опубликования в журнал Icarus.

2. Выявлены два механизма формирования неколмогоровских спектров турбулентности при учете конечности времени корреляции вынуждающей силы. Первый связан с изменением управляющего параметра, определяющего спектр турбулентных пульсаций. Второй связан со спонтанным формированием характерных масштабов, параметрически отличающихся от масштаба внешней силы. Этот механизм может объяснить перемежаемую структуру турбулентных течений. Вычислен соответствующий дискретный набор возможных характерных масштабов и аномальных спектров. Отмечено, что для широкого класса геофизических течений безразмерный параметр, определяющий положение участков спектра, на которых реализуются аномальные степенные законы, связан со степенью турбулентности, что гарантирует его малость, поскольку степень турбулентности в геофизических течениях обычно достаточно мала, чем и объясняется важная роль колмогоровского спектра в геофизических приложениях.
д.ф.-м.н. С.С.Моисеев (руководитель), д.ф.-м.н. С.Н.Гордиенко (тел. 333-4100, E-mail: moiseev@mx.iki.rssi.ru ; gord@itp.ac.ru).
Опубликовано:
S. N. Gordienko and S. S. Moiseev. "Internal" scale and large scale vortex formation, Magnetohydrodynamics 2001, v. 37(1/2), pp. 23-30. S. N. Gordienko, S. S. Moiseev. Turbulence: mechanics and structure of anomalous scalings. Nonlin. Proc. in Geophys., 2001, vol.8 (4/5), pp.197-200.

3. Рассмотрена проблема прогнозирования природных атмосферных катастроф типа тайфунов и внетропических ураганов на основе использования физической системы предвестников и индикаторов как гидродинамических, так и электромагнитных с учетом спиральной структуры возбуждаемых крупномасштабных вихрей. Приводятся имеющиеся экспериментальные данные по регистрации предвестников и индикаторов атмосферных катастроф, изложены механизмы их генерации в неравновесной атмосфере и на ионосферных высотах. Обсуждаются структурные характеристики турбулентных полей атмосферы и качественные модели скейлингов, включающие спиральность и другие факторы, в плане их использования для прогнозирования кризисных процессов. Обсуждаются методики обработки данных дистанционного зондир-ования, позволяющие выявлять прогностические признаки подготовки катастроф, вопросы качества получаемой при зондировании информации. Приводятся оценки характерных параметров для физической системы индикаторов и предвестников. Формулируется расширенная концепция прогнозирования природных атмосферных катастроф как процесса перестройки неравновесной системы с возбуждением крупномасштабных вихревых структур. Обсуждается вопрос создания оптимальной современной системы аэрокосмического мониторинга зон развития атмосферных кризисных процессов.
д.ф.-м.н. С.С.Моисеев ( руководитель ), д.ф.-м.н. Н.С.Ерохин, д.ф.-м.н. Шарков Е.А.
(тел. 333-22-23, E-mails: moiseev@mx.iki.rssi.ru ; nerokhin@mx.iki.rssi.ru ).
Опубликовано: Моисеев С.С., Ерохин Н.С., Шарков Е.А. Физическая система предвестников и индикаторов прогноза атмосферных катастроф. - Физические проблемы экологии (экологическая физика), Тезисы докладов Третьей всероссийской научной конференции, М., МГУ, 2001, с.37-38.

4. Проведено численное исследование теплопереноса и процессов преобразования энергии для ламинарных режимов конвекции со спиральным форсингом в подогреваемом снизу горизонтальном слое жидкости.
к.ф.-м.н. Г.В.Левина, руководитель (тел. 333-15-67, E-mail: levina@icmm.ru ).
Опубликовано: Firulyov A.V., Kuznetsova O.E., Levina G.V., Shestakova L.V. Heat Transfer and Energy Transformation under Evolution of Helical-Vortex Instability in a Convective System. International Conference "Fluxes and Structures in Fluids". Moscow, 2001. Abstracts, pp.53-55.

5. Исследование резонансных явлений в медленно возмущаемых прямоугольных биллиардах.
Биллиарды давно являются одно из важных моделей в теории динамических систем и ее приложениях (движение заряженных частиц в электромагнитных полях, распространение волн в волноводах и т.д.) Биллиарды с изменяющимися параметрами стали изучаться сравнительно недавно. В работе исследовался медленно вращающийся прямоугольный биллиард с медленно движущимися границами. Для исследования динамики частицы в таком биллиарде были использованы методы канонической теории возмущений. Изучены явления захвата в резонанс и рассеяния на резонансе. Продемонстрировано, что эти явления приводят к разрушению адиабатической инвариантности в системе и ускорению биллиардной частицы.
А.И.Нейштадт (руководитель), д.ф.-м.н., тел. 333-51-45, e-mail: aneishta@iki.rssi.ru
А.А.Васильев, к.ф.-м.н., тел. 333-53-46, e-mail:valex@iki.rssi.ru
А.П.Итин, тел. 333-53-46,
A.P. Itin, A. I. Neishtadt, and A. A. Vasiliev, Resonant phenomena in slowly perturbed rectangular billiards. Принято для публикации в ''Physics Letters A''.

6. Исследование устойчивости долго-периодических плоских движений спутника на круговой орбите. Исследована устойчивость в линейном приближении плоских долгопериодических движений относительно центра масс спутника на круговой орбите. Плоские движения описываются уравнением маятника, а долгопериодические движения - это близкие к сепаратрисе траектории маятника. Найдена область параметров спутника, для которой к сепаратрисе накапливаются и устойчивые, и неустойчивые относительно пространственных возмущений траектории.
А.И.Нейштадт (руководитель), д.ф.-м.н., тел. 333-51-45, e-mail: aneishta@iki.rssi.ru
В.В.Сидоренко (ИПМ РАН), д.ф.-м.н.
К.Симо (Университет Барселоны, Испания)
A.I.Neishtadt, V.V.Sidorenko, C.Simo, Stability of long-period planar satellite motions in a circular orbit, принято для публикации в журнал ''Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy''.

7. Исследование геометрических и статистических свойств, обусловленных переходами через сепаратрису в сохраняющих объем системах.
Изучалось сохраняющее объем течение внутри сферы. Рассматриваемая система является малым возмущением некоторого интегрируемого течения, почти все линии тока которого замкнуты. Произвольно малое возмущение приводит, как демонстрирует численный эксперимент, к хаотизации движения во всем объеме сферы, за исключением, быть может, множества малой меры. Данное явление объяснено как результат скачков адиабатического инварианта системы, происходящих, когда линия тока пересекает двумерную сепаратрису невозмущенной (интегрируемой) системы. Исследованы свойства двумерного отображения последования, порожденного системой. Показано, что это отображение обладает сильными растягивающими свойствами. Из-за этого динамика системы оказывается близкой к гиперболической. Численное исследование статистических свойств системы демонстрирует хорошее согласие с теоретическими предсказаниями, полученными в предположении эргодичности системы на множестве большой меры, стремящейся к мере всей внутренности сферы, когда возмущение стремится к нулю. Однако, система не является эргодической - найдены устойчивые периодические решения , окруженные областями устойчивости, мера которых экспоненциально мала. Работа готовится к публикации.
А.И.Нейштадт (руководитель), д.ф.-м.н., тел. 333-51-45, e-mail: aneishta@iki.rssi.ru
А.А.Васильев, к.ф.-м.н., тел. 333-53-46, e-mail: valex@iki.rssi.ru К.Симо (Университет Барселоны, Испания)

8. Осуществлена постановка задачи для прямого численного моделирования турбулентной конвекции со спиральным форсингом.
к.ф.-м.н. Г.В.Левина, руководитель (тел. 333-15-67, E-mail: levina@icmm.ru).
Опубликовано: Левина Г.В., Фирулев А.В., Шестакова Л.В. Численное моделирование эволюции спирально-вихревой неустойчивости в подогреваемом снизу горизонтальном слое жидкости. Известия РАН, Механика жидкости и газа, 2001, - 4, стр.13-23.

9. Исследована роль многократного рассеяния света в земной атмосфере как функция длины волны на основе поляриметрических наблюдений сумеречного неба вблизи зенита проведенных в июле - августе 2000 года. Были получены зависимости яркости и поляризации сумеречного неба от глубины погружения Солнца под горизонт для стандартных астрономических полос: U (фиолетовой), B (голубой), V (желтой) и R (красной).
Использовался, разработанный Угольниковым О.С., метод разделения однократно и многократно рассеянной компонент, который основан на различном поведении распределения поляризации этих компонент в солнечном вертикале при погружении Солнца под горизонт. В результате было получено, что в момент восхода (захода) Солнца роль многократно рассеянной компоненты составляет около 60% от полной яркости неба в полосе U, уменьшаясь до 40% в полосе B и 30% в полосе V. Сильное влияние атмосферного аэрозоля затрудняет точную оценку роли многократного рассеяния в полосе R, однако, установлено, что в момент захода Солнца она не превышает 20%. Тем самым, роль многократного рассеяния уменьшается с ростом длины волны. Баланс однократного и многократного рассеяния в зените практически не изменяется до погружения Солнца под горизонт на 4-5 градусов, после чего роль многократного рассеяния начинает быстро возрастать, что приводит к посинению неба и уменьшению его поляризации. Увеличение роли многократного рассеяния также объясняет движение "нейтральных точек" по направлению к зениту и появление "обратной поляризации фона неба" ниже этих точек.
Результаты работы обсуждались на конференции "Околоземная астрономия XXI века" (Звенигород, 21-25 мая 2001 года) и Всероссийской астрономической конференции (Санкт-Петербург, 6-12 августа 2001 года).
(Маслов И.А., тел. 333-4011, E-mail: imaslov@iki.rssi.ru)

10. В рамках решения основных задач проекта РФФИ 01-02-16174
(руководитель д.ф.м.н., проф. Ю.А. Кравцов, тел.333-52-79, kravtsov@asp.iki.rssi.ru),
получены следующие результаты:

• 10.1. Построена пространственная модель крутых и высоких неровностей мезомасштабного спектра, допускающих аналитическое описание рассеяния. Модель опирается на полученные нами экспериментальные свидетельства того, что за нерезонансное рассеяние электромагнитных волн X-диапазона ответственны обостренные гребни обрушивающихся поверхностных волн высотой 5-15 см, которые не могут быть учтены как малое возмущение при рассмотрении данного диапазона электромагнитных волн.
• 10.2. Аналитически рассчитаны сечения обратного рассеяния на обеих ортогональных поляризациях зондирующего сигнала для модельной формы обрушающейся волны. Рассмотрена возможность двукратного отражения радиоволн, при котором одно отражение происходит от самой обрушающейся волны, а другое от морской поверхности у подножия волны. Учтен эффект угла Брюстера, и принята во внимание краевая волна, возникающая на кромке обрушающейся волны вследствие ее заостренности.
• 10.3 Выявлено, что зависимость сечений рассеяния от высоты волны имеет колебательный характер, обусловленный интерференцией различных каналов рассеяния. Зависимости сечений обратного рассеяния от угла падения находятся в противофазе для горизонтальной и вертикальной поляризаций, если угол скольжения падающей волны значительно превышает угол Брюстера. При угле скольжения близком к углу Брюстера (7 градусов для морской воды) сечение рассеяния на горизонтальной поляризации почти всегда превышает сечение рассеяния на вертикальной поляризации, что объясняется фактическим гашением вертикально поляризованной компоненты в канале рассеяния с двукратным отражением.
• 10.4. Показано, что зависимость сечений рассеяния от азимутального угла имеет резко анизотропный характер: значительное обратное рассеяние имеет место только при наблюдении против направления движения обрушающихся волн. Основной вклад в обратное рассеяние дает зеркальное отражение от крутого переднего фронта волны, а учет краевой волны приводит лишь к небольшим поправкам, различным для различных поляризаций. Необходимость экспериментальной проверки предложенных научным коллективом Института космических исследований РАН (ИКИ РАН) оригинальных методов дистанционного зондирования океана потребовала осуществления комплексных натурных экспериментов, которые и были проведены в Южным отделением Института океанологии РАН.

( Ю.А. Кравцов, М.Г. БулатовА.В. Кузьмин, М.И. Митягина, , М.Н. Поспелов, М.Д. Раев, Е.И. Скворцов, Ю.Г. Трохимовский, Н.В. Есин, О.Р. Никитин, К.Д. Сабинин, , А.В. Фурдуев, Микроволновое зондирование морской поверхности: результаты экспедиций ИКИ РАН 1999 и 2000 гг. Вестник РФФИ, №1 (23),стр.32-42, 2001).

Наверх
На главную страницу