भूभौतिकीय द्रव गतिकी

भूभौतिकीय द्रव गतिकी, अपने व्यापक धरती  में, पृथ्वी और अन्य ग्रहों पर स्वाभाविक रूप से होने वाले प्रवाह, जैसे कि लावा प्रवाह, महासागरों और ग्रहीय वायुमंडलों के द्रव गतिकी को संदर्भित करता है। भूभौतिकीय द्रव गतिकी में अध्ययन की जाने वाली कई घटनाओं के लिए दो भौतिक विशेषताएं आम हैं, ग्रहों के रोटेशन और स्तरीकरण (पानी) (लेयरिंग) के कारण घूर्णन संदर्भ फ्रेम हैं। भूभौतिकीय द्रव गतिकी के अनुप्रयोगों में आम तौर पर मेंटल (भूविज्ञान) का संचलन शामिल नहीं होता है, जो भूगतिकी का विषय है, या चुंबकमंडल में द्रव घटना है।

मूल बातें
भूभौतिकीय तरल पदार्थों के प्रवाह का वर्णन करने के लिए, संवेग#संरक्षण (या न्यूटन का दूसरा नियम) और ऊर्जा के संरक्षण के लिए समीकरणों की आवश्यकता होती है। पूर्व नेवियर-स्टोक्स समीकरणों की ओर जाता है जिसे विश्लेषणात्मक रूप से (अभी तक) हल नहीं किया जा सकता है। इसलिए, इन समीकरणों को हल करने में सक्षम होने के लिए आम तौर पर और अनुमान लगाए जाते हैं। सबसे पहले, द्रव को असम्पीडित प्रवाह माना जाता है। उल्लेखनीय रूप से, यह अत्यधिक संपीड़ित तरल पदार्थ जैसे हवा के लिए भी अच्छी तरह से काम करता है जब तक कि ध्वनि और शॉक तरंगों को अनदेखा किया जा सकता है। दूसरा, द्रव को न्यूटोनियन द्रव पदार्थ माना जाता है, जिसका अर्थ है कि कतरनी तनाव के बीच एक रैखिक संबंध है $&tau;$ और विरूपण (यांत्रिकी)#तनाव $u$, उदाहरण के लिए
 * $$ \tau = \mu \frac{d u}{d x},$$

कहाँ $&mu;$ चिपचिपापन है। इन मान्यताओं के तहत नेवियर-स्टोक्स समीकरण हैं

\overbrace{\rho \Big( \underbrace{\frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t}}_{ \begin{smallmatrix} \text{Eulerian}\\  \text{acceleration} \end{smallmatrix}} + \underbrace{\mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}}_{ \begin{smallmatrix}  \text{Advection} \end{smallmatrix}}\Big)}^{\text{Inertia (per volume)}} = \overbrace{\underbrace{-\nabla p}_{ \begin{smallmatrix} \text{Pressure} \\ \text{gradient} \end{smallmatrix}} + \underbrace{\mu \nabla^2 \mathbf{v}}_{\text{Viscosity}}}^{\text{Divergence of stress}} + \underbrace{\mathbf{f}}_{ \begin{smallmatrix} \text{Other} \\ \text{body} \\ \text{forces} \end{smallmatrix}}. $$ बाएं हाथ की ओर त्वरण का प्रतिनिधित्व करता है कि तरल पदार्थ का एक छोटा सा पार्सल एक संदर्भ फ्रेम में अनुभव करेगा जो पार्सल (प्रवाह क्षेत्र के लैग्रैंगियन और यूलेरियन विनिर्देश) के साथ चला गया। संदर्भ के एक स्थिर (यूलेरियन) फ्रेम में, इस त्वरण को वेग और संवहन के परिवर्तन की स्थानीय दर में विभाजित किया जाता है, जो एक छोटे से क्षेत्र में या बाहर प्रवाह की दर का एक उपाय है।

ऊर्जा संरक्षण के लिए समीकरण अनिवार्य रूप से ताप प्रवाह के लिए एक समीकरण है। यदि उष्मीय चालन द्वारा ऊष्मा का परिवहन किया जाता है, तो ऊष्मा प्रवाह एक प्रसार समीकरण द्वारा नियंत्रित होता है। यदि उत्प्लावकता प्रभाव भी हैं, उदाहरण के लिए गर्म हवा उठना, तो प्राकृतिक संवहन, जिसे मुक्त संवहन भी कहा जाता है, हो सकता है। पृथ्वी के बाहरी कोर में संवहन डायनेमो सिद्धांत को संचालित करता है जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का स्रोत है।  समुद्र में, संवहन थर्मल (गर्मी द्वारा संचालित), हैलाइन (जहां उछाल लवणता में अंतर के कारण होता है), या थर्मोहालाइन परिसंचरण, दोनों का संयोजन हो सकता है।

उछाल और स्तरीकरण
द्रव जो अपने परिवेश की तुलना में कम घना होता है, तब तक उठने लगता है जब तक कि उसका घनत्व उसके परिवेश के समान न हो जाए। यदि सिस्टम में ज्यादा ऊर्जा इनपुट नहीं है, तो यह स्तरीकरण (पानी) बनने के लिए प्रवृत्त होगा। बड़े पैमाने पर, पृथ्वी का वातावरण पृथ्वी का वातावरण#प्रमुख परतें हैं। जमीन से ऊपर की ओर जाने पर, ये क्षोभमंडल, समताप मंडल, मीसोस्फीयर,  बाह्य वायुमंडल  और  बहिर्मंडल  हैं। हवा का घनत्व मुख्य रूप से तापमान और जल वाष्प की मात्रा से, समुद्री जल का घनत्व तापमान और लवणता से और झील के पानी का घनत्व तापमान से निर्धारित होता है। जहां स्तरीकरण होता है, वहां पतली परतें हो सकती हैं जिनमें आसपास के द्रव की तुलना में ऊंचाई या गहराई के साथ तापमान या कुछ अन्य गुण अधिक तेजी से बदलते हैं। उछाल के मुख्य स्रोतों के आधार पर, इस परत को pycnocline (घनत्व), थर्मोकलाइन (तापमान), halocline (लवणता), या केमोकलाइन (रसायन, ऑक्सीजन सहित) कहा जा सकता है।

स्तरीकरण को जन्म देने वाली वही उछाल गुरुत्वाकर्षण तरंगों को भी चलाती है। यदि गुरुत्वाकर्षण तरंगें द्रव के भीतर उत्पन्न होती हैं, तो उन्हें आंतरिक तरंगें कहा जाता है।

मॉडलिंग उछाल-चालित प्रवाह में, नेवियर-स्टोक्स समीकरणों को Boussinesq सन्निकटन (उछाल) का उपयोग करके संशोधित किया जाता है। यह घनत्व में भिन्नता की उपेक्षा करता है, सिवाय इसके कि वे गुरुत्वाकर्षण त्वरण से गुणा हो जाते हैं $g$.

यदि दबाव केवल घनत्व पर निर्भर करता है और इसके विपरीत, तरल गतिकी को बैरोट्रोपिक द्रव कहा जाता है। वातावरण में, यह कटिबंधों की तरह मोर्चों की कमी से मेल खाता है। यदि मोर्चे हैं, तो प्रवाह बैरोक्लिनिटी है, और चक्रवात जैसी अस्थिरताएं हो सकती हैं।

रोटेशन

 * कॉरिओलिस प्रभाव
 * परिसंचरण (द्रव गतिकी)
 * केल्विन का परिसंचरण प्रमेय
 * वर्टिसिटी समीकरण
 * ऊष्मीय पवन
 * जियोस्ट्रोफिक करंट
 * जियोस्ट्रोफिक हवा
 * टेलर-प्राउडमैन प्रमेय
 * हाइड्रोस्टेटिक संतुलन
 * एकमैन सर्पिल
 * एकमन परत

सामान्य परिसंचरण

 * वायुमंडलीय परिसंचरण
 * सागर की लहरें
 * महासागरीय गतिकी
 * थर्मोहालाइन परिसंचरण
 * सीमा प्रवाह
 * स्वेरड्रप संतुलन
 * उपसतह धाराएँ

बैरोट्रोपिक

 * केल्विन तरंग
 * रॉस्बी लहर
 * स्वेरड्रुप तरंग (पॉइनकेयर वेव)

बैरोक्लिनिक

 * गुरुत्व तरंग

यह भी देखें

 * भूभौतिकीय द्रव गतिकी प्रयोगशाला

बाहरी संबंध

 * Geophysical Fluid Dynamics Program (Woods Hole Oceanographic Institution)
 * Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (University of Washington)