Prezicerea uraganelor, avertizarea cu privire la cutremure, controlul fenomenelor atmosferice globale - acesta este visul științei moderne, care studiază complexele cauzelor care stau la baza unui eveniment. Vântul uraganului este una dintre domeniile de cercetare din fizica atmosferică, care a predit cu succes destul de mulți ani traiectoria vârtejelor, dar încă nu poate prezice puterea lor și, prin urmare, scara unei posibile distrugeri.
De 20 de ani încoace, cercetările planează în jurul „ecuației uraganului”, care derivă din înțelegerea noastră a mecanismului formării sale. Să presupunem că se formează un uragan peste ocean. Acest lucru s-a datorat creșterii convective a aerului cald și umed, condensării vaporilor de apă cu eliberarea căldurii latente de vaporizare. Dar dacă stabilim numerele necesare în loc de variabile, nu obținem în niciun caz o viteză atât de mare a vântului care poate fi observată în realitate.
Este bine cunoscut faptul că, cu cât e mai mult vânt, cu atât sunt mai multe valuri pe suprafața apei. Valurile sunt o „rugozitate” naturală care creează forța de frecare dintre vânt și suprafață. Dacă luăm în considerare echilibrul dintre aportul de energie și absorbția sa din cauza fricțiunii, se dovedește că cu cât vântul este mai puternic, cu atât această absorbție va fi mai mare. Adică valurile ar trebui să „stingă” vântul, dar în realitate acest lucru nu se întâmplă.
Vârtej peste Hamburg. 7 iunie 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
La sfârșitul anilor 90, cercetătorul american Kerry Emanuel a prezentat o ipoteză „nebună” care nu a găsit niciun răspuns în cercurile științifice. El a sugerat că fricțiunea scade, iar rezistența suprafeței oceanului, dimpotrivă, scade odată cu creșterea vântului. Dar asta nu poate fi?
Apoi, în 2003, a fost publicat un articol în revista Nature care descrie un fenomen similar. De la sfârșitul anilor 1990, Centrul de observare a uraganelor al Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice din SUA efectuează în mod regulat măsurători de câmp ale vitezei vântului în interiorul ciclonilor tropicali folosind sonde GPS în cădere. Pe baza generalizării rezultatelor acestor măsurători, s-a mai arătat că coeficientul de rezistență al suprafeței mării este semnificativ mai mic decât valoarea obținută prin extrapolarea datelor de măsurare sub vânturi „normale”.
Apoi, angajații Departamentului de Procese Geofizice Neliniare ale Institutului de Fizică Aplicată al Academiei Ruse de Științe de la Nijni Novgorod s-au alăturat înțelegerea acestei probleme.
Institutul de Fizică Aplicată RAS din Nijni Novgorod / Foto: Domeniul public
Video promotional:
„Ideea noastră a fost simplă: să repetăm aceste experimente în laborator. Să creăm o „felie” de uragan și să vedem ce se întâmplă cu suprafața apei. Mai mult, acolo este unde! - a declarat Yulia Troitskaya, doctor în științe fizice și matematice, șef al departamentului de procese geofizice neliniare.
Ea a explicat că institutul are o instalație unică, „Complexul de standuri geofizice pe scară largă”, care include un bazin termostratificat cu un canal de undă de vânt de mare viteză. Acest complex este inclus în registrul instalațiilor de importanță națională din Rusia.
USU "Complex de standuri geofizice pe scară largă" (KKGS) / Centrul Federal de Cercetare Institutul de Fizică Aplicată al Academiei de Științe din Rusia
Experimentele de modelare a uraganelor efectuate la Institutul de Fizică Aplicată de la Nizhny Novgorod au produs rezultate uimitoare. Cu ajutorul unei camere video japoneze de mare viteză, cu o viteză de fotografiere de până la o jumătate de milion de cadre pe secundă, a fost posibil să se înregistreze procesele care au oferit o înțelegere a elementelor de bază ale formării unui vânt puternic într-un uragan. A devenit clar că într-adevăr există o „netezire” a undelor, ceea ce duce la scăderea frecării și a rezistenței. Era posibil să dovedim un fapt imposibil de crezut.
Formarea și separarea picăturilor în timpul vânturilor de uragan / Institutul de Fizică Aplicată RAS (Nizhny Novgorod)
În plus, oamenii de știință au realizat că efectul de „netezire” nu este chiar atât de important pentru formarea vânturilor puternice, comparativ cu mecanismul eficient al stropirii.
Yulia Troitskaya explică: „Am fost interesați să știm: cum se întâmplă exact această„ netezire”? Cum bate vântul de pe creste? Și dintr-o dată, în mișcare lentă, am văzut o anumită „pânză”, umflându-se într-un fel de bulă, care izbucnește, formând o mulțime de stropi. În studiile legate de fragmentarea lichidului, astfel de „pânze” au fost deja descoperite, deoarece oamenii de știință au studiat activ mecanismul de injectare a combustibilului lichid în motoarele cu ardere internă. În literatura engleză, acest efect se numește sac breakup - „sac rupt”. În literatura noastră științifică, se numește uneori fragmentarea „tip parașută”.
Procesul de formare a picăturilor în vânturi de uragan / Ilustrație de RIA Novosti. A. Polyanina
Oamenii de știință au numărat picăturile și și-au dat seama că a fost găsit cel mai eficient mecanism de generare a stropilor, care schimbă foarte mult imaginea apariției uraganelor. Anterior, se credea că stropile se formează la ruperea bulelor plutitoare și cantitatea lor este incomensurabil mai mică. S-a dovedit că, dacă recalculăm rezultatele experimentului de laborator Nizhny Novgorod pentru condiții naturale, atunci formarea unor vânturi de uragan atât de puternice devine mai ușor de înțeles. Oamenii de știință și-au dat seama că este un mecanism eficient pentru fluxul de energie într-un vânt de uragan, astfel încât în curând va fi posibil să se prevadă capacitatea distructivă a unui uragan.
Anna Urmantseva
