Forutsi orkaner, advare om jordskjelv, kontrollere globale atmosfæriske fenomener - dette er drømmen om moderne vitenskap, som studerer kompleksene av årsaker som ligger til grunn for en hendelse. Orkanvind er et av forskningsområdene i atmosfærisk fysikk, som har ganske vellykket å forutsi banene til virvler i mange år, men fortsatt ikke kan forutsi deres styrke, og derfor omfanget av mulig ødeleggelse.
I 20 år nå har forskningen svevet rundt "orkanligningen", som er hentet fra vår forståelse av mekanismen for dens dannelse. La oss si at det dannes en orkan over havet. Dette skyldtes konvektiv økning av varm og fuktig luft, kondens av vanndamp med frigjøring av latent fordampningsvarme. Men hvis vi setter de nødvendige tallene i stedet for variabler, får vi på ingen måte en så høy vindhastighet som kan observeres i virkeligheten.
Det er velkjent at jo mer vind, jo flere bølger på vannoverflaten. Bølger er en naturlig "ruhet" som skaper friksjonskraften mellom vinden og overflaten. Hvis vi vurderer balansen mellom energiinntaket og absorpsjonen på grunn av friksjon, viser det seg at jo sterkere vinden er, desto større blir denne absorpsjonen. Det vil si at bølgene skal "slukke" vinden, men i realiteten skjer ikke dette.
Virvelvind over Hamburg. 7. juni 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
På slutten av 90-tallet la den amerikanske forskeren Kerry Emanuel fram en "gal" hypotese som ikke fant noen respons i vitenskapelige miljøer. Han foreslo at friksjonen avtar, og motstanden til havoverflaten, tvert imot, avtar med økende vind. Men dette kan ikke være?
Så, i 2003, ble en artikkel publisert i tidsskriftet Nature som beskriver et lignende fenomen. Siden slutten av 1990-tallet har US National Oceanic and Atmospheric Administration's orkanobservasjonssenter regelmessig gjennomført feltmålinger av vindhastighet i tropiske sykloner ved hjelp av fallende GPS-sonder. Basert på generaliseringen av resultatene av disse målingene, ble det også vist at motstandskoeffisienten til havoverflaten er betydelig lavere enn verdien oppnådd ved å ekstrapolere måledataene under "normale" vinder.
Da ble de ansatte ved Institutt for ikke-lineære geofysiske prosesser ved Institutt for anvendt fysikk fra det russiske vitenskapsakademiet fra Nizjnij Novgorod med på forståelsen av dette problemet.
Institute of Applied Physics RAS i Nizhny Novgorod / Foto: Offentlig domene
Kampanjevideo:
“Ideen vår var enkel: la oss gjenta disse eksperimentene i laboratoriet. La oss lage et "stykke" av orkanen og se hva som skjer med vannoverflaten. Dessuten er det der! " - sa Yulia Troitskaya, doktor i fysisk og matematisk vitenskap, leder for avdelingen for ikke-lineære geofysiske prosesser.
Hun forklarte at instituttet har en unik installasjon, "Komplekset av store geofysiske stativer", som inkluderer et termostatifisert basseng med en høyhastighets vindbølgekanal. Dette komplekset er inkludert i registeret over installasjoner av nasjonal betydning i Russland.
USU "Complex of large-scale geophysical stands" (KKGS) / Federal Research Center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
Eksperimenter med orkanmodellering utført ved Nizhny Novgorod Institute of Applied Physics har gitt fantastiske resultater. Ved hjelp av et høyhastighets japansk videokamera med en skytehastighet på opptil en halv million bilder per sekund var det mulig å registrere prosessene som ga en forståelse av det grunnleggende om dannelsen av en sterk vind under en orkan. Det ble klart at det faktisk er en "utjevning" av bølgene, noe som fører til en reduksjon i friksjon og motstand. Det var mulig å bevise et faktum som var umulig å tro.
Dannelse og løsrivelse av dråper under orkanvind / Institute of Applied Physics RAS (Nizhny Novgorod)
I tillegg innså forskerne at "utjevningseffekten" ikke engang er så viktig for dannelsen av sterk vind sammenlignet med den effektive sprutmekanismen.
Yulia Troitskaya forklarer: “Vi var interessert i å vite: hvordan nøyaktig skjer denne 'utjevningen'? Hvordan blåser vinden av ryggene? Og plutselig, i sakte film, så vi et visst "seil", blåse opp i en slags boble, som sprekker og danner mange sprut. I studier relatert til væskefragmentering har slike "seil" allerede blitt oppdaget, ettersom forskere aktivt studerte mekanismen for injeksjon av flytende drivstoff i forbrenningsmotorer. I engelsk litteratur kalles denne effekten en bag breakup - "torn bag". I vår vitenskapelige litteratur kalles det noen ganger fragmentering av "fallskjermtype".
Prosessen med dannelse av dråper i orkanvind / Illustrasjon av RIA Novosti. A. Polyanina
Forskere telte dråpene og innså at den mest effektive mekanismen for å generere sprut ble funnet, noe som i stor grad endrer bildet av forekomsten av orkaner. Tidligere ble det antatt at sprut dannes ved sprengning av flytende bobler, og mengden er ufattelig mindre. Det viste seg at hvis vi beregner resultatene av laboratorieeksperimentet i Nizhny Novgorod på nytt for naturlige forhold, blir dannelsen av så sterke orkanvind mer forståelig. Forskere har innsett at det er en effektiv mekanisme for strømmen av energi i orkanvinden, så det vil snart være mulig å forutsi destruktiv kapasitet til en eller annen orkan.
Anna Urmantseva
