Uraganų numatymas, įspėjimas apie žemės drebėjimus, pasaulinių atmosferos reiškinių valdymas - tai yra šiuolaikinio mokslo svajonė, tirianti priežasčių kompleksus, kuriais grindžiamas tas ar kitas įvykis. Uragano vėjas yra viena iš atmosferos fizikos tyrimų sričių, kuri daugelį metų gana sėkmingai prognozavo sūkurių trajektorijas, tačiau vis dar negali numatyti jų stiprumo, taigi ir galimo sunaikinimo masto.
Pastaruosius 20 metų tyrimai sklandė aplink uragano lygtį, kuri gaunama suprantant jos susidarymo mechanizmą. Tarkime, uraganas susidaro virš vandenyno. Tai įvyko dėl konvekcinio šilto ir drėgno oro pakilimo, vandens garų kondensacijos, išsiskiriant latentinei garavimo šilumai. Bet jei vietoj kintamųjų nustatysime reikiamus skaičius, jokiu būdu nesulauksime tokio didelio vėjo greičio, kurį būtų galima stebėti tikrovėje.
Gerai žinoma, kad kuo daugiau vėjo, tuo daugiau bangų vandens paviršiuje. Bangos yra natūralus „šiurkštumas“, sukuriantis trinties jėgą tarp vėjo ir paviršiaus. Jei atsižvelgsime į energijos sąnaudų ir jos absorbcijos dėl trinties pusiausvyrą, paaiškės, kad kuo stipresnis vėjas, tuo didesnė bus ši absorbcija. Tai yra, bangos turėtų „užgesinti“vėją, tačiau iš tikrųjų taip neatsitinka.
Viesulas virš Hamburgo. 2016 m. Birželio 7 d. / AP nuotr. / DPA / Monika Zucker
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje amerikiečių tyrinėtojas Kerry Emanuelis pateikė „beprotišką“hipotezę, kuri nerado jokio atsakymo mokslo sluoksniuose. Jis pasiūlė, kad trintis mažėtų, o vandenyno paviršiaus atsparumas, priešingai, mažėjant didėjančiam vėjui. Bet taip negali būti?
Tada, 2003 m., Žurnale „Nature“buvo paskelbtas straipsnis, apibūdinantis panašų reiškinį. Nuo dešimtojo dešimtmečio pabaigos JAV Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos Uraganų stebėjimo centras reguliariai atlieka lauko vėjo greičio matavimus tropinių ciklonų viduje, naudodamasis krentančiais GPS zondais. Remiantis šių matavimų rezultatų apibendrinimu, taip pat buvo įrodyta, kad jūros paviršiaus atsparumo koeficientas yra žymiai mažesnis už vertę, gautą ekstrapoliuojant matavimo duomenis esant „normaliam“vėjui.
Tuomet prie šios problemos supratimo prisijungė Rusijos mokslų akademijos Taikomosios fizikos instituto Netiesinių geofizinių procesų katedros darbuotojai iš Nižnij Novgorodo.
Taikomosios fizikos institutas RAS Nižnij Novgorode / Nuotrauka: viešoji nuosavybė
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Mūsų idėja buvo paprasta: pakartokime šiuos eksperimentus laboratorijoje. Sukurkime uragano „pjūvį“ir pažiūrėkime, kas nutiks vandens paviršiui. Be to, yra kur! - sakė fizikos ir matematikos mokslų daktarė, Netiesinių geofizinių procesų katedros vedėja Julija Troitskaja.
Ji paaiškino, kad institutas turi unikalią instaliaciją „Didelio masto geofizinių stendų kompleksas“, į kurią įeina termostratizuotas baseinas su didelės spartos vėjo bangų kanalu. Šis kompleksas yra įtrauktas į Rusijos valstybinės svarbos įrenginių registrą.
USU „Didelio masto geofizinių medynų kompleksas“(KKGS) / Rusijos mokslų akademijos Federalinio tyrimų centro taikomosios fizikos institutas
Nižnij Novgorodo taikomosios fizikos institute atlikti uragano modeliavimo eksperimentai davė nuostabių rezultatų. Pasitelkus greitą japonišką vaizdo kamerą, kurios fotografavimo greitis siekė iki pusės milijono kadrų per sekundę, pavyko užfiksuoti procesus, kurie leido suprasti stipraus vėjo susidarymo uragane pagrindus. Tapo aišku, kad iš tiesų yra bangų „išlyginimas“, dėl kurio sumažėja trintis ir atsparumas. Buvo įmanoma įrodyti faktą, kuriuo neįmanoma patikėti.
Lašų susidarymas ir atskyrimas uragano vėjo metu / Taikomosios fizikos institutas RAS (Nižnij Novgorodas)
Be to, mokslininkai suprato, kad „išlyginamasis“efektas net nėra toks svarbus, kad susidarytų stiprus vėjas, palyginti su efektyviu purslų mechanizmu.
Julija Troitskaja paaiškina: „Mums buvo įdomu sužinoti: kaip tiksliai vyksta šis„ išlyginimas “? Kaip vėjas nupučia keteras? Ir staiga sulėtintai pamatėme tam tikrą „burę“, išpūstą į tam tikrą burbulą, kuris sprogo, formuodamas daug purslų. Tyrimuose, susijusiuose su skysčių suskaidymu, tokios „burės“jau buvo atrastos, nes mokslininkai aktyviai tyrė skystojo kuro įpurškimo į vidaus degimo variklius mechanizmą. Anglų literatūroje šis efektas vadinamas maišo išardymu - „suplyšęs maišas“. Mūsų mokslinėje literatūroje tai kartais vadinama „parašiuto tipo“fragmentacija.
Uraganinio vėjo lašų susidarymo procesas / RIA Novosti iliustracija. A. Polyanina
Mokslininkai suskaičiavo lašelius ir suprato, kad rastas efektyviausias purslų generavimo mechanizmas, kuris labai pakeičia uraganų atsiradimo vaizdą. Anksčiau buvo manoma, kad plyšus plūduriuojantiems burbuliukams susidaro purslai ir jų kiekis yra nepalyginamai mažesnis. Paaiškėjo, kad jei perskaičiuosime Nižnij Novgorodo laboratorijos eksperimento rezultatus lauko sąlygoms, tada aiškiau susidaro tokie stiprūs uraganiniai vėjai. Mokslininkai suprato, kad tai yra efektyvus energijos srauto į uragano vėją mechanizmas, todėl netrukus bus galima numatyti uragano naikinamąjį pajėgumą.
Anna Urmantseva