Научное открытие: "Закон пространственных пульсаций температуры в турбулентном потоке в атмосфере – закон Обухова для поля температур".
Формула открытия: Теоретически установлен неизвестный ранее закон пространственных пульсаций температуры в турбулентном потоке в атмосфере, заключающийся в том, что средний квадрат разности пульсаций температур в двух точках потока (для расстояний, больших внутреннего и меньших внешнего масштаба турбулентности) пропорционален расстоянию между точками в степени две трети, скорости диссипации кинетической энергии в потоке в степени минус одна треть и скорости выравнивания температурных неоднородностей в потоке, обусловленный квазиадиабатическим дроблением указанных температурных неоднородностей.
Автор: А. М. Обухов.
Номер и дата приоритета: № 296 от 28 марта 1948 г.
Описание открытия
Известно, что значения температуры в атмосфере беспорядочно флуктуируют в пространстве и во времени, так как движения воздуха практически всегда турбулентны. При этом хаотическое распределение температуры образует температурное поле.
Теоретические исследования атмосферной турбулентности привели А. М. Обухова к установлению неизвестного ранее закона, связывающего изменения температурного поля турбулентного потока с такими внешними по отношению к потоку явлениями, как выравнивание температурных неоднородностей потока и диссипация кинетической энергии в нем. В качестве характеристики структуры температурного поля он предложил использовать зависимость среднего квадрата разности значений температуры в двух точках от расстояния между этими точками.
Что касается диссипации кинетической энергии в потоке и выравнивания температурных неоднородностей, то они обусловлены дроблением вихрей в турбулентном потоке на более мелкие. Наиболее мелкие вихри не успевают разрушаться, и в них кинетическая энергия хаотического движения диссипирует, переходя в тепло из-за наличия вязкости среды. В процессе дробления вихрей теплообмен между ними незначителен, так как тепло от внешнего источника как бы «вмораживается» в определенные вихри и переносится ими, образуя температурные неоднородности; последние дробятся вместе с вихрями. С помощью самых мелких вихрей достигается выравнивание температурных неоднородностей.
С установлением закона пространственных пульсаций температуры в турбулентном потоке в атмосфере впервые выявлено наличие глубоких, общих связей в неупорядоченных, на первый взгляд, турбулентных потоках и тем самым расширена область применения физических методов анализа атмосферных процессов. Практическое значение открытого закона в первую очередь связано с возможностью рассчитывать на его основе характеристики флюктуации световых волн и радиоволн, возникающих при их прохождении через турбулентную атмосферу, а также правильно описывать распространение звука в океане. Особенно возросло значение открытия с широким применением лазеров для целей связи, локации и геодезии.