Hurrikánok előrejelzése, földrengésekre figyelmeztetés, a globális légköri jelenségek ellenőrzése - ez a modern tudomány álma, amely az esemény hátterében álló okok komplexumait tanulmányozza. A hurrikánszél a légköri fizika egyik kutatási területe, amely hosszú évek óta meglehetősen sikeresen jósolta meg az örvények pályáit, de még mindig nem tudja megjósolni azok erejét, ezért a lehetséges pusztulás mértékét.
20 éve a kutatások a "hurrikánegyenlet" körül mozognak, amely a kialakulásának mechanizmusának megértéséből származik. Mondjuk hurrikán keletkezik az óceán felett. Ennek oka a meleg és nedves levegő konvektív emelkedése, a vízgőz kondenzációja a látens párolgási hő felszabadulásával. De ha a szükséges számokat beállítjuk a változók helyett, akkor semmiképpen sem kapunk olyan nagy szélsebességet, amely a valóságban megfigyelhető.
Köztudott, hogy minél több szél, annál több hullám van a víz felszínén. A hullámok egy természetes "érdesség", amely a szél és a felszín közötti súrlódási erőt hozza létre. Ha figyelembe vesszük az energiabevitel és a súrlódás miatti abszorpciója közötti egyensúlyt, akkor kiderül, hogy minél erősebb a szél, annál nagyobb lesz ez az abszorpció. Vagyis a hullámoknak "ki kell oltaniuk" a szelet, de a valóságban ez nem történik meg.
Forgószél Hamburg felett. 2016. június 7. / AP Photo / DPA / Monika Zucker
A 90-es évek végén Kerry Emanuel amerikai kutató "őrült" hipotézist vetett fel, amelyre nem találtak választ a tudományos körökben. Azt javasolta, hogy a súrlódás csökkenjen, és az óceán felszínének ellenállása éppen ellenkezőleg, a szél növekedésével csökken. De ez nem lehet?
Majd 2003-ban a Nature folyóiratban megjelent egy cikk, amely hasonló jelenséget ír le. Az 1990-es évek vége óta az Egyesült Államok Nemzeti Óceáni és Légköri Adminisztrációjának Hurrikánmegfigyelő Központja rendszeresen végzi a trópusi ciklonok belsejében a szél sebességének mérését zuhanó GPS szondák segítségével. Ezen mérések eredményeinek általánosítása alapján azt is kimutatták, hogy a tenger felszínének ellenállási együtthatója lényegesen alacsonyabb, mint a mérési adatok "normális" szél esetén történő extrapolálásával kapott érték.
Ezután a Nyizsnyij Novgorodból az Orosz Tudományos Akadémia Alkalmazott Fizikai Intézetének Nemlineáris Geofizikai Folyamatok Tanszékének munkatársai csatlakoztak ennek a problémának a megértéséhez.
Alkalmazott Fizikai Intézet RAS Nyizsnyij Novgorodban / Fotó: Közkincs
Promóciós videó:
„Ötletünk egyszerű volt: ismételjük meg ezeket a kísérleteket a laboratóriumban. Készítsünk egy "szeletet" a hurrikánról, és nézzük meg, mi történik a víz felszínével. Sőt, van hol! " - mondta Julia Troickaja, a fizikai és matematikai tudományok doktora, a Nemlineáris Geofizikai Folyamatok Tanszékének vezetője.
Elmondta, hogy az intézet egyedülálló installációval rendelkezik, a "Nagyméretű geofizikai állomások komplexuma", amely magában foglal egy termosztatizált medencét nagy sebességű szélhullámú csatornával. Ez a komplexum szerepel az oroszországi nemzeti jelentőségű létesítmények nyilvántartásában.
USU "Komplexum a nagyméretű geofizikai állományokról" (KKGS) / az Orosz Tudományos Akadémia Szövetségi Kutatóközpont Alkalmazott Fizikai Intézete
A Nyizsnyij Novgorodi Alkalmazott Fizikai Intézetben végzett hurrikán modellezési kísérletek elképesztő eredményeket hoztak. Egy nagy sebességű, akár félmillió képkocka / másodperces felvételi sebességű japán videokamera segítségével rögzíteni lehetett azokat a folyamatokat, amelyek megértették az orkán idején az erős szél kialakulásának alapjait. Világossá vált, hogy valóban létezik a hullámok "simítása", ami a súrlódás és az ellenállás csökkenéséhez vezet. Olyan tényt sikerült bizonyítani, amelyet el sem lehetett hinni.
Cseppek képződése és leválása hurrikán szelek idején / RAS Alkalmazott Fizikai Intézet (Nyizsnyij Novgorod)
Ezenkívül a tudósok rájöttek, hogy a "simító" hatás még az is fontos, hogy az erős szél kialakuljon a fröccsenés hatékony mechanizmusához képest.
Julia Troitskaja elmagyarázza: „Arra voltunk kíváncsiak, hogy pontosan hogyan történik ez a„ simítás”? Hogyan fújja le a szél a gerinceket? És hirtelen, lassított felvételként megláttunk egy bizonyos "vitorlát", amely egyfajta buborékba fúj, amely felrobban, sok csobbanást képezve. A folyadéktöredezettséggel kapcsolatos vizsgálatok során már felfedeztek ilyen „vitorlákat”, mivel a tudósok aktívan tanulmányozták a belső égésű motorok folyékony üzemanyag-injektálásának mechanizmusát. Az angol irodalomban ezt a hatást zsákbontásnak nevezik - "szakadt zsák". Tudományos irodalmunkban néha "ejtőernyős típusú" töredezettségnek nevezik.
A hurrikán szelekben lévő cseppek kialakulásának folyamata / Illusztráció: RIA Novosti. A. Polyanina
A tudósok megszámolták a cseppeket, és rájöttek, hogy a fröccsenések előállításának leghatékonyabb mechanizmusát találták meg, ami nagyban megváltoztatja a hurrikánok előfordulásának képét. Korábban azt hitték, hogy az úszó buborékok szakadásakor fröccsenések keletkeznek, és ezek mennyisége összehasonlíthatatlanul kisebb. Kiderült, hogy ha újraszámoljuk a Nyizsnyij Novgorod laboratóriumi kísérlet eredményeit a természeti viszonyokra, akkor az ilyen erős hurrikánszelek kialakulása érthetőbbé válik. A tudósok rájöttek, hogy ez hatékony mechanizmus a hurrikán szelekbe áramló energia számára, így hamarosan meg lehet jósolni egy vagy másik hurrikán pusztító képességét.
Anna Urmantseva