Buoyant Convection in Geophysical Flows

مطالعات همرفت در جریان‌های ژئوفیزیکی یک حوزه تحقیقاتی پیشرفته و در حال توسعه را تشکیل می‌دهد که با مشکلات محیط طبیعی مرتبط است. در طول دهه گذشته، پیشرفت قابل توجهی در این زمینه در نتیجه مطالعات تجربی و مدل‌سازی عددی حاصل شده است. این منجر به تجدید نظر اساسی در دیدگاه گسترده در مورد جریان های آشفته شناور محور شد که شامل یک جزء متوسط ​​سازمان یافته با تلاطم آشفته روی هم رفته است. یک نوع حرکت متوسط، که توسط ساختارهای منسجم نشان داده می‌شود، نقش کلیدی در لایه‌های مرزی ژئوفیزیک و در گردش‌های جوی و آب‌سفری در مقیاس بزرگ‌تر که توسط نیروی شناور هدایت می‌شوند، بازی می‌کند. جنبه های جدیدی از برهمکنش بین حرکات همرفتی و چرخش اخیرا کشف و بررسی شده است. داده های تجربی گسترده ای نیز در مورد نقش همرفت در دینامیک ابر و میکروفیزیک جمع آوری شده است. مفاهیم و رویکردهای نظری جدیدی در رابطه با مقیاس‌بندی و پارامترسازی فرآیندهای فیزیکی در جریان‌های ژئوفیزیکی شناور بیان شده است.
این کتاب مطالعات بین رشته‌ای اثرات شناوری در محیط‌های مختلف (اتمسفر و آب‌کره) را در طیف وسیعی از مقیاس‌ها (پدیده‌های مقیاس کوچک در لایه‌های ناپایدار طبقه‌بندی‌شده و همرفتی مخلوط تا همرفت عمیق در جو و اقیانوس)، توسط تحقیقات مختلف خلاصه می‌کند. روش‌ها (اندازه‌گیری‌های میدانی، شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی، مدل‌سازی عددی)، و در حوزه‌های کاربردی مختلف (پراکندگی آلاینده‌ها، پیش‌بینی آب و هوا، پدیده‌های خطرناک مرتبط با نیروی شناور).

Studies of convection in geophysical flows constitute an advanced and rapidly developing area of research that is relevant to problems of the natural environment. During the last decade, significant progress has been achieved in the field as a result of both experimental studies and numerical modelling. This led to the principal revision of the widely held view on buoyancy-driven turbulent flows comprising an organised mean component with superimposed chaotic turbulence. An intermediate type of motion, represented by coherent structures, has been found to play a key role in geophysical boundary layers and in larger scale atmospheric and hydrospheric circulations driven by buoyant forcing. New aspects of the interaction between convective motions and rotation have recently been discovered and investigated. Extensive experimental data have also been collected on the role of convection in cloud dynamics and microphysics. New theoretical concepts and approaches have been outlined regarding scaling and parameterization of physical processes in buoyancy-driven geophysical flows.
The book summarizes interdisciplinary studies of buoyancy effects in different media (atmosphere and hydrosphere) over a wide range of scales (small scale phenomena in unstably stratified and convectively mixed layers to deep convection in the atmosphere and ocean), by different research methods (field measurements, laboratory simulations, numerical modelling), and within a variety of application areas (dispersion of pollutants, weather forecasting, hazardous phenomena associated with buoyant forcing).