научная статья по теме РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ: Г. С. ГОЛИЦЫН “СТАТИСТИКА И ДИНАМИКА ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ: МЕТОДЫ, ИНСТРУМЕНТАРИЙ, РЕЗУЛЬТАТЫ” Геофизика

Текст научной статьи на тему «РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ: Г. С. ГОЛИЦЫН “СТАТИСТИКА И ДИНАМИКА ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ: МЕТОДЫ, ИНСТРУМЕНТАРИЙ, РЕЗУЛЬТАТЫ”»

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2014, том 50, № 1, с. 126-128

^ КРИТИКА ==

И БИБЛИОГРАФИЯ

РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ: Г. С. ГОЛИЦЫН "СТАТИСТИКА И ДИНАМИКА ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ: МЕТОДЫ, ИНСТРУМЕНТАРИЙ, РЕЗУЛЬТАТЫ"

© 2014 г. В. Н. Лыкосов*, **

*Институт вычислительной математики РАН 119991 Москва, ул. Губкина, 8 **Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119991 Москва, Ленинские горы, 1

E-mail: lykossov@inm.ras.ru Поступила в редакцию 21.08.2013 г.

DOI: 10.7868/S000235151401009X

Издательство URSS (http://URSS.ru) публикует серию книг под общим названием "Синенерге-тика: от прошлого к будущему". В рамках этой серии издана книга выдающегося русского ученого, академика Георгия Сергеевича Голицына "Статистика и динамика природных процессов и явлений: методы, инструментарий, результаты" (Москва, 2012). В настоящее время в научной среде общепризнанным является мнение о том, что многие природные процессы могут быть охарактеризованы как стохастические и для их описания целесообразно привлечь вероятностные распределения и их статистические моменты (средние, дисперсии, спектры и т.п.). Особый интерес представляют распределения, которые в некоторых интервалах своих аргументов выражаются степенными зависимостями. В рецензируемой монографии подробно рассматриваются такого рода проявления в разнообразных природных процессах: мелкомасштабная турбулентность, землетрясения, извержения вулканов, наводнения, космические лучи и др. Книга замечательна тем, что в ней подробно и последовательно представлены базовые положения (теория вероятностей и стохастических процессов, теория подобия и размерностей), методология исследования (сформулированные автором принципы построения общих моделей) и результаты, иллюстрируемые конкретными примерами для природной среды (от геофизических приложений до анализа эволюции галактических систем). Не секрет, что современный этап развития науки в значительной степени определяется технологическими возможностями, в частности, в области высокопроизводительных вычислений. Но зачастую при таком подходе «за деревьями леса не видно». Предложенный в книге инструментарий дает возможность сформулировать общий взгляд на природные процессы, механизмы и сце-

нарии развития которых, по мнению Г.С. Голицына, достаточно просты и их не так много.

Рецензируемая книга состоит из предисловия, шести глав и послесловия, насчитывает 400 страниц. Предисловие представляет особый интерес, поскольку в нем автор книги подробно рассказывает не только об истории вопроса, но и о своих научных пристрастиях, контактах с учеными из различных стран и жизненном опыте. Важно при этом, что наряду с докладами на различных отечественных и международных научных форумах, материал книги частично "пропускался" через студенческую аудиторию с помощью чтения спецкурсов в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова и в Московском физико-техническом институте. Структура и содержание книги обсуждаются как в предисловии, так и в послесловии. Таким образом, автор предлагает своеобразный "путеводитель", с помощью которого имеется возможность вновь и вновь возвращаться к отдельным разделам книги и журнальным публикациям Г.С. Голицына для углубленного изучения соответствующего, особо заинтересовавшего читателя материала.

Первая глава рецензируемой книги содержит необходимые для понимания последующего ее материала сведения из теории случайных процессов и некоторое предварительное введение в понятие "подобие в механике". В следующей, второй, главе излагаются методы анализа размерностей и теории подобия с той степенью детализации, включая основные понятия и критерии подобия, используемые в геофизической гидродинамике, что необходимо для глубокого понимания приводимых далее по тексту иллюстрационных примеров. Эти примеры взяты из различных областей знания: теория турбулентности, квантовая механика, сейсмология, физика планетных атмосфер,

РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ: Г.С. ГОЛИЦЫН

127

космология и др. Объединяет все эти примеры процедура нахождения различных масштабов (скейлинг — в англоязычной литературе). В связи с этим в книге особо подчеркивается необходимость выбора подходящей для конкретной задачи системы единиц измерений, в частности, использование энергии вместо размерности массы. Здесь же объясняются результаты ряда численных и лабораторных экспериментов, выраженные их авторами в виде эмпирических аппроксимаций степенными зависимостями.

Главы 3 и 4 являются центральными, на мой взгляд, как по расположению в тексте книги, так и по своему принципиальному значению. В третьей главе Г.С. Голицыным формулируется так называемое "правило скорейшей реакции", согласно которому в случае, если имеется несколько временных масштабов, характеризующих некоторую физическую систему, для оценки времени ее реакции на внешнее воздействие выбирается минимальный масштаб. В частности, на основе этого принципа в книге интерпретируются известные результаты теории подобия по автомо-дельности первого рода. В качестве примеров рассматриваются задачи, относящиеся к расчету расхода воды в трубах, анализу динамики планетных и звездных атмосфер, исследованию конвекции, турбулентности и теплопередачи во вращающихся системах. В отличие от главы 2, в которой излагается все же довольно формализованный подход, примеры третьей главы фактически имеют своей целью представить несколько иной взгляд на изучаемые явления и тем самым дополнительно прояснить их физический смысл.

Хотя многие природные процессы и явления протекают под влиянием случайного набора различных воздействий, их описание в случае возмущений с малым временем корреляции может быть проведено на основе теории случайных процессов, базовые положения которой приведены в главе 1. В четвертой главе приведены конкретные примеры приложения этой теории: лагранжево описание турбулентности и случайные блуждания в пространстве импульсов, статистическое описание рельефа поверхности планеты, распределения по размерам таких разных объектов, как внутренние водоемы и литосферные плиты, законы повторяемости землетрясений и вулканических извержений, "энергетическое" распределение числа космических тел, падающих на Землю. Завершает эту главу раздел, в котором динамика климатической системы планеты Земля рассматривается как пример проявления долгопериодного отклика на короткопериодные внешние воздействия. Необходимо подчеркнуть, что принципиальная особенность использованного в данной главе подхода состоит в учете (и оценке роли) ограниченности статистического ансамбля в аппроксимации асимптотических результатов, ко-

торые имеют место в теории для бесконечного ансамбля или очень большого времени наблюдений.

В небольшой по объему главе 5 рассматриваются другие распределения, возникающие в геофизических системах и отличающиеся от степенных. Это в основном экспоненциальные распределения, и соответствующие примеры включают приложения к интенсивным атмосферным вихрям, таким как конвективные термики, торнадо, тропические ураганы и полярные мезоциклоны, циклоны и антициклоны. Обсуждаются также функции распределения для стока рек, который зависит от осадков (определяемых, в свою очередь, синоптическими вихрями) и от таяния снегов.

Завершает книгу глава 6, в которой приводится развернутое описание конкретных явлений и событий, которые в предыдущих главах рассматривались как примеры приложений общих представлений теории подобия и размерности и предложенных Г.С. Голицыным двух правил: скорейшей реакции на внешние воздействия и реакции на множественные случайные воздействия. Предваряет изложение материала описание структуры и содержания отдельных разделов главы. Эти разделы можно сгруппировать в два блока.

В первом из них рассматриваются геофизические проблемы. Вначале подробно излагается теория Колмогорова—Обухова локально однородной и локально изотропной турбулентности и ее развитие за счет учета спиральности потока, а также перехода к двумерному случаю и геострофической турбулентности. В следующем разделе дается описание морского ветрового волнения и приводятся оценки его времени развития и энергетического цикла. Здесь же кратко рассматриваются основные явления на водной поверхности и вблизи нее: дрейфовые течения, циркуляция Ленг-мюра, тепло- и газообмен с атмосферой. Далее автор обращается к старым результатам измерений турбулентной диффузии примесей в атмосфере и горизонтальной диффузии загрязнений морской поверхности и приводит новые, их объясняющие интерпретации. Следующий раздел посвящен изложению результатов автора последних лет, относящихся к тропическим ураганам и интенсивным полярным мезоциклонам и выявляющих ряд условий, необходимых для их возникновения.

Второй блок разделов шестой главы связан с космогоническими (в широком смысле) проблемами. Вначале излагается феноменологическая теория, объясняющая форму спектра галактических космических лучей. Следующий раздел этого блока посвящен галактическим полям и связанным с ними масштабам. Здесь Г.С. Голицыну принадлежит открытие того ныне общепризнанного факта, что удаленные скопления галактик еще не пришли в состояние вириального равновесия. Далее, в двух последовательных разделах

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА том 50 № 1 2014

128

ЛЫКОСОВ

обсуждаются проблемы планеты Земля: вначале дается физическая картина эволюции литосферы и затем описывается энергетический цикл геодинамики и сейсмики. Завершает главу 6 раздел, посвященный сейсмике нейтронных звезд, проявления которой наблюдаются по гигантским рентгеновским и гамма-вспышкам.

Резюмируя, следует чрезвычайно высоко оценить выход в свет монографии Г.С. Голицына, которую можно рассматривать как настольную для широкого круга научных работников. Особенно

важно то, что в ней продемонстрирована необходимость и полезность общего взгляда на окружающий нас мир, что иногда отсутствует при проведении узко профессиональных исследований в конкретных областях знания. Кроме большой научной значимости, содержание книги представляет также интерес с точки зрения подготовки специализированных курсов по ши

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком