Hurrikaanien ennustaminen, maanjäristysten varoittaminen, ilmakehän maailmanlaajuisten ilmiöiden hallinta - tämä on modernin tieteen unelma, joka tutkii tapahtuman taustalla olevia syiden komplekseja. Hurrikaanituuli on yksi ilmakehän fysiikan tutkimusalueista, joka on jo vuosien ajan ennustanut varsin onnistuneesti pyörteiden liikeratoja, mutta ei silti osaa ennustaa niiden voimakkuutta ja siten mahdollisen tuhoutumisen laajuutta.
Jo 20 vuoden ajan tutkimus on leijaillut "hurrikaanin yhtälön" ympärillä, joka johtuu ymmärryksestämme sen muodostumismekanismista. Sanotaan, että hurrikaani muodostuu valtameren yli. Tämä johtui lämpimän ja kostean ilman konvektiivisesta noususta, vesihöyryn kondensoitumisesta piilevän höyrystyslämmön vapautumisen kanssa. Mutta jos asetamme tarvittavat luvut muuttujien sijaan, emme missään tapauksessa saa niin suurta tuulen nopeutta, joka voidaan todellisuudessa havaita.
Tiedetään, että mitä enemmän tuulta, sitä enemmän aaltoja veden pinnalla. Aallot ovat luonnollinen "karheus", joka luo kitkan voiman tuulen ja pinnan välille. Jos tarkastellaan energian syötön ja sen kitkasta johtuvan absorboinnin välistä tasapainoa, käy ilmi, että mitä voimakkaampi tuuli on, sitä suurempi tämä absorptio on. Toisin sanoen aaltojen pitäisi "sammuttaa" tuuli, mutta todellisuudessa näin ei tapahdu.
Pyörremyrsky Hampurin yli. 7. kesäkuuta 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
90-luvun lopulla amerikkalainen tutkija Kerry Emanuel esitti "hullun" hypoteesin, joka ei löytänyt vastausta tieteellisissä piireissä. Hän ehdotti, että kitka vähenee ja valtameren pinnan vastus päinvastoin vähenee tuulen kasvaessa. Mutta tämä ei voi olla?
Sitten vuonna 2003 Nature-lehdessä julkaistiin artikkeli, jossa kuvataan samanlainen ilmiö. 1990-luvun lopusta lähtien Yhdysvaltain kansallisen valtameren ja ilmakehän hallinnon Hurricane Observing Center on säännöllisesti mittaanut tuulen nopeutta trooppisissa sykloneissa putoavien GPS-koettimien avulla. Näiden mittausten tulosten yleistämisen perusteella osoitettiin myös, että merenpinnan vastuskerroin on merkittävästi pienempi kuin arvo, joka saadaan ekstrapoloimalla mittaustiedot "normaalissa" tuulessa.
Sitten Venäjän tiedeakatemian Sovelletun fysiikan instituutin Nižni Novgorodin epälineaaristen geofysikaalisten prosessien osaston työntekijät yhtyivät tämän ongelman ymmärtämiseen.
Soveltavan fysiikan instituutti RAS Nižni Novgorodissa / Kuva: Julkinen
Mainosvideo:
”Idea oli yksinkertainen: toistetaan nämä kokeet laboratoriossa. Luodaan "viipale" hurrikaanista ja katsotaan mitä tapahtuu veden pinnalle. Lisäksi on missä! " - kertoi fysikaalisten ja matemaattisten tieteiden tohtori, epälineaaristen geofysikaalisten prosessien osaston johtaja Yulia Troitskaya.
Hän selitti, että instituutilla on ainutlaatuinen asennus, "Suurten geofysikaalisten seisontapaikkojen kompleksi", joka sisältää termostratoidun altaan, jossa on nopea tuulen aaltokanava. Tämä kompleksi sisältyy Venäjällä kansallisesti tärkeiden laitosten rekisteriin.
USU "Suurten geofysikaalisten puistojen kompleksi" (KKGS) / Venäjän tiedeakatemian liittovaltion tutkimuskeskuksen soveltavan fysiikan instituutti
Nižni Novgorodin soveltavan fysiikan instituutissa tehdyt hurrikaanimallinnuskokeet ovat tuottaneet hämmästyttäviä tuloksia. Japanin nopean videokameran, jonka kuvausnopeus on jopa puoli miljoonaa kuvaa sekunnissa, avulla voitiin tallentaa prosessit, jotka antoivat käsityksen voimakkaan tuulen muodostumisen hurrikaanin aikana. Kävi selväksi, että aallot todellakin "tasoittuvat", mikä johtaa kitkan ja vastuksen vähenemiseen. Oli mahdollista todistaa tosiasia, jota oli mahdotonta uskoa.
Pisaroiden muodostuminen ja irtoaminen hurrikaanituulen aikana / Sovelletun fysiikan instituutti RAS (Nižni Novgorod)
Lisäksi tutkijat tajusivat, että "tasoittava" vaikutus ei ole edes niin tärkeä voimakkaiden tuulien muodostumiselle verrattuna tehokkaaseen roiskumisen mekanismiin.
Yulia Troitskaya selittää: "Olimme kiinnostuneita tietämään: miten tämä" tasoitus "tapahtuu? Kuinka tuuli puhaltaa harjanteet? Ja yhtäkkiä hidastettuna näimme tietyn "purjeen", joka täyttyi eräänlaiseksi kuplaksi, joka puhkesi muodostamaan paljon roiskeita. Nesteen pirstoutumiseen liittyvissä tutkimuksissa tällaisia "purjeita" on jo löydetty, kun tutkijat tutkivat aktiivisesti nestemäisten polttoaineiden ruiskutusmekanismia polttomoottoreihin. Englanninkielisessä kirjallisuudessa tätä vaikutusta kutsutaan pussin hajoamiseksi - "revitty pussi". Tieteellisessä kirjallisuudessamme sitä kutsutaan joskus "laskuvarjotyyppiseksi" sirpaloitumiseksi.
Hurrikaanituulien pisaroiden muodostumisprosessi / RIA Novosti. A. Polyanina
Tutkijat laskivat pisarat ja huomasivat, että löydettiin tehokkain mekanismi roiskeiden muodostamiseksi, mikä muuttaa suuresti kuvaa hurrikaanien esiintymisestä. Aikaisemmin uskottiin, että roiskeet muodostuvat kelluvien kuplien repeämisessä ja niiden määrä on verrattain pienempi. Kävi ilmi, että jos laskemme Nižni Novgorodin laboratoriotutkimuksen tulokset luonnollisille olosuhteille, niin voimakkaiden hurrikaanituulien muodostuminen tulee ymmärrettävämmäksi. Tutkijat ovat ymmärtäneet, että se on tehokas mekanismi energian virtaamiseksi hurrikaanituuleen, joten pian on mahdollista ennustaa hurrikaanin tuhoava kyky.
Anna Urmantseva
