Orkaanide ennustamine, maavärinate eest hoiatamine, globaalsete atmosfäärinähtuste kontrollimine - see on kaasaegse teaduse unistus, mis uurib selle või selle sündmuse aluseks olevaid põhjuste komplekse. Orkaanituul on üks atmosfäärifüüsika uurimisvaldkondi, mis on aastaid keerukate trajektoore üsna edukalt ennustanud, kuid ei oska siiski ennustada nende tugevust ja seega ka võimaliku hävimise ulatust.
Viimased 20 aastat on uuringud hõljunud orkaani võrrandi ümber, mis tuleneb meie arusaamast selle tekkemehhanismist. Oletame, et ookeani kohal tekib orkaan. Selle põhjuseks oli sooja ja niiske õhu konvektiivne tõus, veeauru kondenseerumine koos varjatud aurusoojuse eraldumisega. Kuid kui määrame muutujate asemel vajalikud arvud, ei saa me mingil juhul nii suurt tuulekiirust, mida saab reaalsuses jälgida.
On hästi teada, et mida rohkem tuult, seda rohkem laineid veepinnal. Lained on loomulik "karedus", mis tekitab tuule ja pinna vahel hõõrdejõu. Kui arvestada energia sisendi ja selle hõõrdumisest tingitud neeldumise vahelist tasakaalu, siis selgub, et mida tugevam on tuul, seda suurem on see neeldumine. See tähendab, et lained peaksid tuule "kustutama", kuid tegelikult seda ei juhtu.
Tuulekeeris Hamburgi kohal. 7. juuni 2016 / AP Foto / DPA / Monika Zucker
90. aastate lõpus esitas Ameerika teadlane Kerry Emanuel "hullumeelse" hüpoteesi, mis teadusringkondades vastust ei leidnud. Ta pakkus, et hõõrdumine väheneb ja ookeani pinna vastupidavus väheneb, vastupidi, tuule kasvades. Aga see ei saa olla?
Siis, 2003. aastal, ilmus ajakirjas Nature artikkel, mis kirjeldas sarnast nähtust. Alates 1990. aastate lõpust on USA riikliku ookeanide ja atmosfääri administratsiooni orkaanide vaatluskeskus regulaarselt läbi viinud troopiliste tsüklonite tuule kiiruse välimõõtmisi langevate GPS-proovide abil. Nende mõõtmiste tulemuste üldistamise põhjal näidati ka, et merepinna takistustegur on oluliselt madalam väärtusest, mis saadi mõõteandmete ekstrapoleerimise korral "normaalse" tuule korral.
Seejärel ühinesid selle probleemi mõistmisega Venemaa Teaduste Akadeemia Rakendusfüüsika Instituudi mittelineaarsete geofüüsikaliste protsesside osakonna töötajad Nižni Novgorodist.
Rakendusfüüsika instituut RAS Nižni Novgorodis / Foto: Avalik domeen
Reklaamvideo:
“Meie idee oli lihtne: korrakem neid katseid laboris. Koostame orkaani "viilu" ja vaatame, mis saab veepinnast. Pealegi on kus! " - ütles füüsika- ja matemaatikateaduste doktor, mittelineaarsete geofüüsikaliste protsesside osakonna juhataja Yulia Troitskaya.
Ta selgitas, et instituudil on ainulaadne installatsioon "Suurte geofüüsikaliste puistute kompleks", mis sisaldab termostratiseeritud basseini koos kiire tuulelaine kanaliga. See kompleks on kantud Venemaa riikliku tähtsusega käitiste registrisse.
USU "Suurte geofüüsikaliste puistute kompleks" (KKGS) / Venemaa Teaduste Akadeemia föderaalse uurimiskeskuse rakendusfüüsika instituut
Nižni Novgorodi rakendusfüüsika instituudis läbi viidud orkaanide modelleerimise katsed on andnud hämmastavaid tulemusi. Jaapani kiire videokaamera abil, mille pildistamiskiirus on kuni pool miljonit kaadrit sekundis, oli võimalik salvestada protsesse, mis andsid mõista orkaani ajal tugeva tuule tekkimise põhitõdedest. Selgus, et tõepoolest toimub lainete "silumine", mis viib hõõrdumise ja takistuse vähenemiseni. Oli võimalik tõestada fakti, mida oli võimatu uskuda.
Orkaanituule ajal tilkade moodustumine ja eraldumine / Rakendusfüüsika instituut RAS (Nižni Novgorod)
Lisaks mõistsid teadlased, et "siluv" efekt pole tugeva tuule tekkimiseks isegi nii oluline kui efektiivne pritsimise mehhanism.
Julia Troitskaja selgitab: „Meid huvitas teadmine: kuidas see„ silumine “täpselt toimub? Kuidas tuul harjadelt maha puhub? Ja äkki nägime aegluubis teatud "purje", mis paisus mingiks mulliks, mis lõhkes, moodustades palju pritsmeid. Vedeliku killustatusega seotud uuringutes on sellised purjed juba avastatud, kuna teadlased uurisid aktiivselt vedelkütuse sissepritsemehhanismi sisepõlemismootoritesse. Inglise kirjanduses nimetatakse seda efekti kottide lagunemiseks - "rebenenud kott". Meie teaduskirjanduses nimetatakse seda mõnikord "langevarju tüüpi" killustamiseks.
Orkaanituultes tilkade tekkeprotsess / RIA Novosti illustratsioon. A. Polyanina
Teadlased lugesid tilgad kokku ja mõistsid, et pritsmete tekitamiseks on leitud kõige tõhusam mehhanism, mis muudab orkaanide esinemise pilti suuresti. Varem arvati, et ujuvate mullide purunemisel tekivad pritsmed ja nende kogust on võrreldamatult vähem. Selgus, et kui Nižni Novgorodi laborikatse tulemused looduslikele tingimustele ümber arvutada, siis saab selliste tugevate orkaanituulte teke arusaadavamaks. Teadlased on aru saanud, et see on efektiivne mehhanism orkaani tuule voolamiseks, nii et varsti on võimalik ennustada orkaani hävitavust.
Anna Urmantseva
