【摘要】：空間探測器的飛速發(fā)展使行星動(dòng)力學(xué)成為當(dāng)前天文學(xué)最為活躍的研究領(lǐng)域之一。理解行星動(dòng)力學(xué)問題對(duì)天體物理學(xué)和地球物理學(xué)都是非常重要的。天體動(dòng)力學(xué)過程與其質(zhì)量密切相關(guān)，質(zhì)量越大其非線性動(dòng)力學(xué)過程就越強(qiáng)。木星作為太陽系中質(zhì)量最大的一顆行星，其所具有的動(dòng)力學(xué)特征在行星系統(tǒng)中最為明顯，，因此它是研究行星內(nèi)部對(duì)流穩(wěn)定性及非線性特性的最佳天體。本文選取木星為研究對(duì)象來研究其流體動(dòng)力學(xué)特征，以幫助我們了解其它行星內(nèi)部流體動(dòng)力學(xué)演化過程。 為了分析理論深入研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方便，本文選取一個(gè)底部被均勻加熱的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)作為研究模型。圓環(huán)底部的溫度要高于頂部的溫度。該模型不僅適合研究球殼中高緯度地區(qū)的所有必要?jiǎng)恿W(xué)問題，還可以幫助我們理解整個(gè)球殼中的對(duì)流動(dòng)力學(xué)問題。 基于此模型，本文主要研究工作如下： (1)分析了Boussinesq流體線性對(duì)流。在快速旋轉(zhuǎn)(Υ≥O(10~3))模型中發(fā)現(xiàn)了三種對(duì)流模式：全局振蕩、邊界振蕩、全局定常。 (2)分析了Boussinesq流體弱非線性對(duì)流。證明地轉(zhuǎn)多峰平均流可以由邊界對(duì)流胞中的雷諾應(yīng)力產(chǎn)生。 (3)考慮邊界層對(duì)流的速度邊界條件后，首次得到具有二階精度的漸近解。 (4)通過自檢驗(yàn)和互檢驗(yàn)的方法驗(yàn)證了解算Navier-Stokes方程的大型并行解法器NaSt3DGP的正確性，并討論了此軟件存在的優(yōu)缺點(diǎn)。 (5)使用NaSt3DGP解法器對(duì)流體的非線性對(duì)流進(jìn)行數(shù)值模擬。集中研究了在一個(gè)很大的Rayleigh數(shù)范圍內(nèi)寬模式(寬度和深度的比例較大)和窄模式(寬度和深度的比例較小)兩種情況下非線性對(duì)流的性質(zhì)及過程。結(jié)果表明寬模式下邊界振蕩對(duì)流(簡稱邊界流)是主要的運(yùn)動(dòng)形式，而且它存在于一個(gè)很大的Rayleigh數(shù)和Prandtl數(shù)范圍內(nèi)。模擬結(jié)果還表明多峰流動(dòng)能夠通過對(duì)流的非線性相互作用產(chǎn)生，且與實(shí)際觀測到的行星大氣運(yùn)動(dòng)特性很相似。 (6)通過線性理論分析，首次發(fā)現(xiàn)在快速旋轉(zhuǎn)(小Ekman數(shù))條件下對(duì)流
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海天文臺(tái)）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：P185

【參考文獻(xiàn)】

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1 廖新浩,ZHANGKe-Ke;木星大氣中交替快速環(huán)流研究[J];天文學(xué)報(bào);2002年03期

本文編號(hào)：2635151