Структура термодинамических процессов,
формирующихся во вращающемся сферическом слое под влиянием условий, имитирующих глобальные потоки тепла в атмосфере

Глобальные и крупномасштабные процессы в атмосфере и океанах Земли происходят при определяющем влиянии трех основных факторов: вращение, тепловой обмен и кривизна поверхности. Вращение формирует глобальную циркуляцию, влияет на большинство мелкомасштабных течений и приводит к качественно новым эффектам. Так, сила Кориолиса создает эффекты нового типа, в частности, эффекты «упругости» жидкости; она меняет направление движения жидкости, не совершая работы; в сферической геометрии она зависит от широты, что принципиально важно для движений разных масштабов. Кривизна поверхности и форма области течения оказываются определяющими для основного глобального и вторичных течений. Сферическая геометрия является причиной качественно новых эффектов, например, некоторые явления, стационарные в плоском слое, в сферическом случае приобретают волновую природу: волны Россби, так характерные для атмосферы и океанов, появляются только в объектах, где сила Кориолиса зависит от широты. При оценке эффективности переноса тепла в геофизических объектах учет формы области течения и взаимодействия с вращением не менее важен: вращение приводит и к количественным изменениям, и к новым неожиданным эффектам. Кроме того, вращение вводит новую симметрию, в результате эффективность переноса тепла оказывается зависящей от полярного угла из-за влияния момента количества движения. Решение проблемы заметно усложняется, поскольку становится невозможным разделение переменных даже в линейной задаче.
Нелинейное сдвиговое движение жидкости в слое между вращающимися концентрическими коаксиальными сферами, — cферическое течение Куэтта — может послужить основой для понимания природы глобальных геофизических процессов. В сферических слоях наблюдаются практически все виды неустойчивости характерные для вращающейся жидкости: центробежная, экмановского слоя, свободных сдвиговых слоев, невязкая релеевская и другие. Здесь обнаружены явления гистерезиса и неединственности течений, характерные для нелинейных систем вообще, и для нелинейной неравновесной открытой системы, каковой является система океан – атмосфера, в особенности. Возможности использования результатов решения задачи в качестве основы для моделирования глобальных геофизических процессов повышаются с учетом таких факторов как сжимаемость жидкости, стратификация плотности, потоки тепла, более свободные динамические условия на границах и других. Численно полуспектральным методом решается задача о движении жидкости (сжимаемой и слабо сжимаемой) во вращающемся сферическом слое. Показано, что система формирующихся крупномасштабных вихревых систем управляет процессами переноса тепла и углового момента в слое жидкости.