Predviđanje uragana, upozoravanje na zemljotrese, kontrola globalnih atmosferskih pojava - ovo je san moderne znanosti koja proučava komplekse uzroka koji stoje u osnovi ovog ili onog događaja. Orkanski vjetar jedno je od područja istraživanja fizike atmosfere, koje već dugi niz godina prilično uspješno predviđa putanje vrtloga, ali još uvijek ne može predvidjeti njihovu snagu, a time i razmjere mogućeg uništenja.
Već 20 godina istraživanja lebde oko "jednadžbe uragana", koja je izvedena iz našeg razumijevanja mehanizma nastanka. Recimo, uragan se stvori iznad oceana. To je bilo zbog konvektivnog porasta toplog i vlažnog zraka, kondenzacije vodene pare uz oslobađanje latentne topline isparavanja. Ali ako umjesto varijabli postavimo potrebne brojeve, ni na koji način ne dobivamo tako veliku brzinu vjetra koja se može promatrati u stvarnosti.
Dobro je poznato da što više vjetra ima više valova na površini vode. Valovi su prirodna "hrapavost" koja stvara silu trenja između vjetra i površine. Ako uzmemo u obzir ravnotežu između unosa energije i njene apsorpcije uslijed trenja, ispada da će, što je vjetar jači, ta apsorpcija biti veća. Odnosno, valovi bi trebali "ugasiti" vjetar, ali u stvarnosti to se ne događa.
Vihor nad Hamburgom. 7. lipnja 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
Krajem 90-ih američki istraživač Kerry Emanuel iznio je "ludu" hipotezu koja nije pronašla nikakav odgovor u znanstvenim krugovima. Sugerirao je da se trenje smanjuje, a otpor površine oceana, naprotiv, smanjuje s povećanjem vjetra. Ali ovo ne može biti?
Zatim je 2003. godine u časopisu Nature objavljen članak koji opisuje sličan fenomen. Od kraja 1990-ih, Centar za promatranje uragana američke Nacionalne uprave za oceane i atmosferu redovito provodi terenska mjerenja brzine vjetra unutar tropskih ciklona pomoću padajućih GPS sondi. Na temelju generalizacije rezultata ovih mjerenja, također je pokazano da je koeficijent otpora morske površine znatno niži od vrijednosti dobivene ekstrapolacijom mjernih podataka pod "normalnim" vjetrovima.
Tada su se zaposlenici Odjela za nelinearne geofizičke procese Instituta za primijenjenu fiziku Ruske akademije znanosti iz Nižnjeg Novgoroda pridružili razumijevanju ovog problema.
Institut za primijenjenu fiziku RAN u Nižnjem Novgorodu / Foto: Javno vlasništvo
Promotivni video:
“Naša je ideja bila jednostavna: ponovimo ove pokuse u laboratoriju. Stvorimo "krišku" uragana i vidjet ćemo što će se dogoditi s vodenom površinom. Štoviše, ima gdje! " - rekla je Yulia Troitskaya, doktorica fizikalnih i matematičkih znanosti, voditeljica Odjela za nelinearne geofizičke procese.
Objasnila je da institut ima jedinstvenu instalaciju "Kompleks geofizičkih sastojina velikih razmjera", koja uključuje termostratirani bazen s kanalom vjetrovalnih valova velike brzine. Ovaj je kompleks uključen u registar postrojenja od nacionalnog značaja u Rusiji.
USU "Kompleks geofizičkih sastojina" (KKGS) / Savezni istraživački centar Institut primijenjene fizike Ruske akademije znanosti
Eksperimenti modeliranja uragana provedeni na Institutu za primijenjenu fiziku Nižnji Novgorod dali su nevjerojatne rezultate. Pomoću brze japanske video kamere brzine snimanja do pola milijuna sličica u sekundi bilo je moguće zabilježiti procese koji su dali razumijevanje osnova stvaranja jakog vjetra tijekom uragana. Postalo je jasno da zaista postoji "zaglađivanje" valova, što dovodi do smanjenja trenja i otpora. Bilo je moguće dokazati činjenicu u koju je bilo nemoguće vjerovati.
Stvaranje i odvajanje kapljica za vrijeme uraganskih vjetrova / Institut za primijenjenu fiziku RAS (Nižnji Novgorod)
Uz to, znanstvenici su shvatili da učinak "zaglađivanja" nije toliko važan za stvaranje jakog vjetra u usporedbi s učinkovitim mehanizmom prskanja.
Yulia Troitskaya objašnjava: „Zanimalo nas je znati: kako se točno odvija to„ zaglađivanje “? Kako vjetar puše s grebena? I odjednom, u usporenom snimku, vidjeli smo određeno "jedro", kako se napuhuje u neku vrstu mjehurića, koji pukne, stvarajući puno prskanja. U studijama vezanim za usitnjavanje tekućina, takva su "jedra" već otkrivena, jer su znanstvenici aktivno proučavali mehanizam ubrizgavanja tekućeg goriva u motore s unutarnjim izgaranjem. U engleskoj se literaturi taj efekt naziva raspadanje vreće - "poderana torba". U našoj se znanstvenoj literaturi ponekad naziva fragmentacijom "padobranskog tipa".
Proces stvaranja kapi u orkanskim vjetrovima / Ilustracija RIA Novosti. A. Polyanina
Znanstvenici su prebrojali kapljice i shvatili da je pronađen najučinkovitiji mehanizam za stvaranje prskanja, što uvelike mijenja sliku pojave uragana. Prije se vjerovalo da prskanja nastaju puknućem plutajućih mjehurića i njihova je količina nesrazmjerno manja. Ispostavilo se da ako preračunamo rezultate laboratorijskog pokusa u Nižnjem Novgorodu za prirodne uvjete, tada nastajanje tako jakih uraganskih vjetrova postaje razumljivije. Znanstvenici su shvatili da je to učinkovit mehanizam za protok energije u uraganske vjetrove, pa će uskoro biti moguće predvidjeti razornu sposobnost jednog ili drugog uragana.
Anna Urmantseva
